10656

Интерполирование функций методом Лагранжа. Линейная интерполяция

Лабораторная работа

Информатика, кибернетика и программирование

Лабораторная работа 7 Интерполирование функций методом Лагранжа. Линейная интерполяция. Цель работы. По результатам эксперимента заданным в виде последовательности точек на координатной плоскости построить интерполяционную функцию методом Лагранжа...

Русский

2013-03-30

291 KB

77 чел.

Лабораторная  работа  7

Интерполирование функций методом Лагранжа.

Линейная интерполяция.

Цель работы. По результатам эксперимента, заданным в виде последовательности точек на координатной плоскости - , построить интерполяционную функцию методом Лагранжа - . Выполнить линейную интерполяцию между двумя любыми соседними узлами, оценить точность полученных результатов.  

Теоретические положения .  Пусть в некоторых точках   известны значения функции  :   .  Необходимо определить величины функции  при других  значениях . Связь  неизвестна. Для решения этой задачи функцию   требуется приближенно заменить (аппроксимировать) некоторой функцией  так, чтобы отклонение  от  в заданной области было наименьшим. На практике чаще всего применяется аппроксимация многочленами, т.е.

.             (1)

Если коэффициенты   определяются из условия совпадения  

,                                 (2)

то такой способ аппроксимации называется интерполяцией. Точки  называ-ются узлами интерполяции, а  - интерполирующей функцией. Заметим, что при интерполировании  .

Рассмотрим процесс интерполирования функций с помощью полино-мов Лагранжа. Исходя из условия задачи, т.е.  для   ,  имеем полином третьего порядка:

          (3)

для которого, очевидно, должно выполняться:   .

Форма (3) наглядно показывает, как получается полином любого порядка, но имеет больше теоретическое значение.  Для практического  же применения  более удобна запись в форме (1),  которую нетрудно получить из (3),  подставляя  туда заданные числа   и  , и выполняя очевидные преобразования.

Для реализации линейной интерполяции следует взять два любых соседних узла, например,   и    и по заданному  промежуточному значению аргумента  найти  соответствующее значение функции по формуле:

,                      (4)                       

Графически линейная интерполяция сводится к соединению прямой линией точек с координатами   и .

Порядок выполнения работы.  

- переписать требуемый вариант задания,

- погрешность расчетов принять равной  ,

- записать теоретическую функцию  ,

- преобразуем полином Лагранжа   к виду

,                     (5)

для чего найдем коэффициенты  :

 а) для суммы (3) вначале вычислим четыре константы:

,           

,

,                 (6)

,

Проверка:          .

б) все числители (3) представляют собой выражения вида (например, для первого слагаемого)

 ,        (7)

для вычисления  коэффициентов   воспользуемся теоремой Виета

                     (8)

в) итоговая функция (4) находится так:

         (9)

- записать полином (5) с вычисленными коэффициентами  ,

- по формуле    построить график по 21 точке с шагом  ,

- между двух любых крайних узлов  или   выполнить линейную интерполяцию по формуле (4), взяв в качестве   середину выбранного отрезка. Найти  . Весь процесс нанести на координатную плоскость, объединив его с функцией  .

- Оценка результатов:  

принимая в качестве точного значения величину , найти  абсолютную погрешность , а затем величину относительной погрешности     для линейной зависимости.

Варианты исходных данных.  Функция    задана в четырех точках       своими значениями   :

1

X

-1

1

2

7

2

X

-5

-1

2

3

Y

0

4

15

400

Y

-156

-4

5

20

3

X

-5

-2

2

3

4

X

-5

-2

1

2

Y

-96

-3

9

32

Y

-144

-9

0

3

5

X

-3

-2

1

3

6

X

-4

-3

1

3

Y

-34

-11

-2

14

Y

-51

-20

4

40

7

X

-3

1

2

4

8

X

-5

-4

3

4

Y

-40

0

5

51

Y

-96

-45

32

75

9

X

-5

-4

2

4

10

X

-3

-1

2

4

Y

-144

-75

3

45

Y

-34

-2

1

43

11

X

-6

-2

2

3

12

X

-7

-5

-2

1

Y

-185

-5

15

40

Y

-400

-156

-15

0

13

X

-4

-1

3

5

14

X

-5

-3

1

4

Y

-45

0

32

144

Y

-144

-32

0

45

15

X

-3

0

4

5

16

X

-6

-3

1

2

Y

-34

-1

43

94

Y

-185

-20

4

15

17

X

-4

-2

3

6

18

X

-4

-2

4

5

Y

-85

-15

20

185

Y

-45

-3

75

144

19

X

-4

-3

4

5

20

X

-2

2

3

5

Y

-75

-32

45

96

Y

-11

1

14

94

21

x

-4

-2

3

7

22

X

-4

-1

4

5

y

-51

-5

40

400

Y

-85

-4

51

104

23

x

-2

-1

2

5

24

X

-3

-2

2

5

y

-3

0

9

144

Y

-32

-9

3

96

25

x

-2

-1

4

5

26

X

-1

1

2

7

y

-11

-2

43

94

Y

0

4

15

400

27

x

-5

-1

2

3

28

X

-5

-2

2

3

y

-156

-4

5

20

Y

-96

-3

9

32

29

x

-5

-2

1

2

30

X

-3

-2

1

3

y

-144

-9

0

3

Y

-34

-11

-2

14

         Пример расчета .

  1.  Цель работы: обработать результаты таблицы данных с целью построения интерполяционной функции методом Лагранжа.
  2.  Исходные данные: таблица опытных данных.

 

X0

x1

x2

x3

x

-5

-4

3

4

y

-96

-45

32

75

 

Y0

y1

y2

y3

 

               

               

               

               Погрешность расчетов   =  10-3 ,      

  1.  Интерполяционный полином Лагранжа:

Требуется получить функцию , так чтобы

,       

  1.  Находим коэффициенты ,
  2.  Находим  константы   по формулам (6):

           

             

              Проверка:

                 

              k0= 1.333     k1= -0.804    k2= -0.571   k3=1.042

  1.  Все числители представляют собой выражения вида (7) (назовем их частными многочленами):

,  где коэффициенты находятся по теореме Виета  - формулы (8):

                            

  

  

      

         

  

  1.  Найдем итоговую функцию:

- умножим вначале частные многочлены на соответствующие коэффициенты  ,   

- сложим коэффициенты при одинаковых степенях  , найдем числа  и запишем требуемую функцию  

                                                                                     .

8.Таблица из 21 точки  в диапазоне исходных данных ,

X

-5,000

-4,550

-4,100

-3,650

-3,200

-2,750

-2,300

-1,850

-1,400

-0,950

Y

-95,976

-69,943

-49,031

-32,693

-20,382

-11,552

-5,655

-2,146

-0,477

-0,101

X

-0,500

-0,050

0,400

0,850

1,300

1,750

2,200

2,650

3,100

3,550

4,000

Y

-0,473

-1,044

-1,269

-0,600

1,509

5,605

12,234

21,944

35,281

52,792

75,024

9.Между двух крайних узлов [-5;-4] выполняем линейную интерполяцию, взяв в качестве xпромежуточного середину выбранного отрезка. Надо найти yпромежуточное.

Линейная интерполяция – это замена на отрезке x0-x1 неизвестной нам кривой y = f(x) прямой линией. Такая замена приводит к погрешности. Но из-за явной простоты метода он находит широкое применение. Максимальная погрешность около середины отрезка. Уравнение прямой проходящей через две точки имеет вид:

              вместо x  при xпр получим y=yпр

 

подставляем значения, получаем:

тогда

разница между точным значение y и промежуточным значением y 

абсолютная погрешность      

По результатам  п.8  и  п.9  выполнить рисунок.

10.Выводы  по  работе:   Делаются  студентом  самостоятельно.


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

27971. Память как высшая психическая функция 23.01 KB
  Психология этнической социализации и этнической идентичности. Психология этнической социализации и этнической идентичности. Этническая социализация выполняет функцию формирования множественной и многоуровневой идентичности личности способствующей конструктивному функционированию этничности в жизни индивида и общества: позитивной этнической идентичности и толерантного этнического взаимодействия. Одним из основных институтов этнической социализации является семья.
27972. Эффект Зейгарник. Этническая идентичность: общее описание, структура, становление и формирование, изменения этнической идентичности 18.62 KB
  Механизмы и эффекты межличностного восприятия Этническая идентичность: общее описание структура становление и формирование изменения этнической идентичности. Эффект Зейгарник. Эффект незавершенного действия эффект Зейгарник явление характеризующее влияние на процессы памяти перерывов в деятельности.
27973. Долговременная, кратковременная, оперативная и иконическая память 27.68 KB
  Социальнопсихологический тренинг как средство повышения точности межличностного восприятия Особенности межкультурной коммуникации развитие культурной сензитивности. Непосредственный отпечаток полезен в тех случаях когда сигнал действует очень недолго как при просмотре к ф; он обеспечивает также непрерывность восприятия при моргании или движении глаз. Социальнопсихологический тренинг как средство повышения точности межличностного восприятия В процессе общения должно присутствовать взаимопонимание между участниками этого процесса....
27974. Активное и пассивное, продуктивное и репродуктивное воображение 35.57 KB
  Феномен аттракции в межличностных отношениях различные уровни аттракции. Феномен аттракции в межличностных отношениях различные уровни аттракции. Область исследований связанных с выявлением механизмов образования различных эмоциональных отношений к воспринимаемому человеку получила название исследования аттракции. Феномен аттракции связан с перцептивной стороной межличностного общения возникает при включении в процесс восприятия эмоциональных регуляторов.
27975. Основные свойства внимания и методы их оценки 43.91 KB
  Основные свойства внимания и методы их оценки. В зависимости от объекта выделяют формы внимания: сенсорное перцептивное: зрительное и слуховое интеллектуальное моторное двигательное исполнительское. Внешнее внимание сенсорноперцептивное обращено на объекты внешнего мира необходимое условие познания и преобразования окружающего мира Внимание внутреннее интеллектуальное обращено на объекты субъективного мира человека необходимое условие самопознания и самовоспитания Виды внимания Джеймс По объекту: а чувственное...
27976. Когнитивные теории внимания и их критика. Этноцентризм и этнические стереотипы 28.85 KB
  Допускается существование группы механизмов селекции в канале ограниченной емкости в результате возникают отсеивание информации еще до момента ее полной идентификации в блоке Р. это процесс в котором два или более индивида или группы активно ищут возможность помешать друг другу достичь определенной цели предотвратить удовлетворение интересов соперника или изменить его взгляды и социальные позиции. когда группы с противоречивыми интересами поляризуются по этническому признаку. Всем известный пример внутригрушювого фаворитизма ...
27977. Мышление как регулятор деятельности и как самостоятельная деятельность Психология управления: объект, предмет, задачи. Основные теоретические школы менеджмента 65.33 KB
  Роль посредника в разрешении конфликтов Психология управления: объект предмет задачи. Поэтому в современном менеджменте навык управления конфликтами рассматривается как один из критически важных для менеджера. Цикл конфликта Первое чему необходимо научиться для успешного управления конфликтом это вовремя распознавать сигналы его эскалации. Схема выбора способа управления конфликтом Уровни конфликта в организации и их источники В любой организации существует несколько уровней конфликтов: внутриличностные межличностные межгрупповые...
27978. Мышление и интеллект, структура интеллекта, тестирование интеллекта и креативности 74.06 KB
  Проблема группы в социальной психологии. Оценка интеллекта Наибольшей популярностью пользуется так называемый коэффициент интеллектуальности сокращенно обозначаемый IQ который позволяет соотнести уровень интеллектуальных возможностей индивида со средними показателями своей возрастной и профессиональной группы. Две другие группы по 16 в каждой результаты которых соответствуют крайним показателям шкалы рассматриваются или как умственно отсталые люди со сниженным интеллектом IQ от 10 до 84 или как обладающие высокими выше среднего...
27979. Диалектическое мышление как высшая форма теоретического мышления 30.93 KB
  Понятие группы основные характеристики групп и их классификация. Детальный анализ социальнопсихологических представлений о природе социальной группы сложившихся в русле различных теоретических ориентации к числу главных отличительных признаков социальной группы позволяет отнести следующие: 1 включенность человеческой общности в более широкий социальный контекст систему общественных отношений определяющих возможность возникновения смысл и пределы существования группы и задающих прямо или от противного модели нормы или правила...