51485

ИНТЕРПОЛЯЦИЯ

Лабораторная работа

Информатика, кибернетика и программирование

В данной работе был рассмотрен метод наименьших квадратов для интерполяции функции, заданной при помощи выборки ее значений в нескольких точках

Русский

2014-02-11

114 KB

1 чел.

Министерство образования и науки Украины

Приазовский государственный технический университет

Факультет информационных технологий

Кафедра автоматизации технологических процессов и производств

ОТЧЕТ

по лабораторной работе № 3

«ИНТЕРПОЛЯЦИЯ»

по дисциплине «Адаптивные системы АУТП»

Выполнил

студ. гр. КИТ-11-М    (подпись, дата)   Бабаенко Д.А.

Принял

профессор     (подпись, дата)   Зайцев В.С.

Мариуполь, 2011


Лабораторная работа № 3

Цель работы: изучить способы интерполяции функций, реализовать метод наименьших квадратов для интерполяции заданной выборки.

Ход работы:

Соответственно номеру варианта имеем выборку чисел:

X

1

2

3

4

5

6

7

Y

1.92

2.19

1.67

2.20

2.27

2.21

2.40

Задание 1:  занесем в окно MatLab следующий код программы:

%  interpolation

% method of splines

x=[1 2 3 4 5 6 7];

y=[1.92 2.19 1.67 2.20 2.27 2.21 2.40];

plot(x,y,'ko')

xi=[x(1):0.01:x(length(x))];

ynear=interp1(x,y,xi,'nearest');

yline=interp1(x,y,xi,'linear');

yspline=interp1(x,y,xi,'spline');

hold on

plot(xi,ynear,'k',xi,yline','k:',xi,yspline,'k-.')

title('different ways of interpolation of functions')

xlabel('\itx')

ylabel('\ity')

legend('tabulare function', 'nearest', 'linear', 'spline',4)

p4=polyfit(x,y,4)

p5=polyfit(x,y,5)

p6=polyfit(x,y,6)

Результатом работы будут следующие графики:

Рисунок 1 – Результат выполнения задания 1


Задание 2:  занесем в окно
MatLab следующий код программы:

%  interpolation

d=[1 2 3 4 5 6 7];

g=[1.92 2.19 1.67 2.20 2.27 2.21 2.40];

p1=polyfit(d,g,1);

p2=polyfit(d,g,2)

p3=polyfit(d,g,3);

p4=polyfit(d,g,4)

p5=polyfit(d,g,5);

p6=polyfit(d,g,6);

x=(0.1:0.02:7);

v=0.0117*x.^2-0.0190*x+1.9657;

s=-0.0027*x.^4+0.0385*x.^3-0.1708*x.^2+0.2973*x+1.8057;

hold on;

plot(x,v,x,s,d,g,'ko')

Результатом работы будут следующие графики:

Рисунок 2 – Результат выполнения задания 2


Реализовав алгоритм интерполяции на языке С++, получаем следующие результаты ее работы:

Рисунок 3 – Результат работы программы

Как видно на рисунке, результаты расчетов Мatlab и программы совпадают. Текст программы приведен в приложении 1.


Приложение 1

#include <stdio.h>

#include <conio.h>

#include <process.h>

#include <math.h>

float *a, *b, *x, *y, **sums;

int N, K;

//N - number of data points

//K - polinom power

//K<=N

char filename[256];

FILE* InFile=NULL;

void count_num_lines(){

  //count number of lines in input file - number of equations

  int nelf=0;       //non empty line flag

  do{

      nelf = 0;

      while(fgetc(InFile)!='\n' && !feof(InFile)) nelf=1;

      if(nelf) N++;

  }while(!feof(InFile));

}

void freematrix(){

  //free memory for matrixes

  int i;

  for(i=0; i<K+1; i++){

      delete [] sums[i];

  }

  delete [] a;

  delete [] b;

  delete [] x;

  delete [] y;

  delete [] sums;

}

void allocmatrix(){

  //allocate memory for matrixes

  int i,j,k;

  a = new float[K+1];

  b = new float[K+1];

  x = new float[N];

  y = new float[N];

  sums = new float*[K+1];

  if(x==NULL || y==NULL || a==NULL || sums==NULL){

      printf("\nNot enough memory to allocate. N=%d, K=%d\n", N, K);

      exit(-1);

  }

  for(i=0; i<K+1; i++){

      sums[i] = new float[K+1];

      if(sums[i]==NULL){

   printf("\nNot enough memory to allocate for %d equations.\n", K+1);

      }

  }

  for(i=0; i<K+1; i++){

      a[i]=0;

      b[i]=0;

      for(j=0; j<K+1; j++){

   sums[i][j] = 0;

      }

  }

  for(k=0; k<N; k++){

      x[k]=0;

      y[k]=0;

  }

}

void readmatrix(){

  int i=0,j=0, k=0;

  //read x, y matrixes from input file

  for(k=0; k<N; k++){

      fscanf(InFile, "%f", &x[k]);

      fscanf(InFile, "%f", &y[k]);

  }

  //init square sums matrix

  for(i=0; i<K+1; i++){

      for(j=0; j<K+1; j++){

   sums[i][j] = 0;

   for(k=0; k<N; k++){

       sums[i][j] += pow(x[k], i+j);

   }

      }

  }

  //init free coefficients column

  for(i=0; i<K+1; i++){

      for(k=0; k<N; k++){

   b[i] += pow(x[k], i) * y[k];

      }

  }

}

void printresult(){

  //print polynom parameters

  int i=0;

  printf("\n");

  for(i=0; i<K+1; i++){

      printf("a[%d] = %f\n", i, a[i]);

  }

}

/*void testsolve(){

  //test that ax=y

  FILE* OutFile;

  int i=0, j=0;

  float sum, s, begin, end, step;

  begin = x[0][1];

  end = x[N-1][1];

  step = (end-begin)/20;

  printf("\n");

  for(i=0; i<N; i++){

      sum = 0;

      for(j=0; j<N; j++){

   sum += x[i][j]*a[j];

      }

      printf("%f\t%f\n", s, y[i]);

  }

  OutFile = fopen("test.txt", "wt");

  for(s = begin; s<=end; s+=step){

      sum = 0;

      for(j=0; j<N; j++){

   sum += pow(s, j)*a[j];

      }

      fprintf(OutFile, "%f\t%f\n", s, sum);

  }

  fclose(OutFile);

}*/

/*void printresult(){

  int i=0;

  printf("\n");

  printf("Result\n");

  for(i=0; i<N; i++){

      printf("A%d = %f\n", i, a[i]);

  }

}*/

void diagonal(){

  int i, j, k;

  float temp=0;

  for(i=0; i<K+1; i++){

      if(sums[i][i]==0){

   for(j=0; j<K+1; j++){

       if(j==i) continue;

       if(sums[j][i] !=0 && sums[i][j]!=0){

    for(k=0; k<K+1; k++){

        temp = sums[j][k];

        sums[j][k] = sums[i][k];

        sums[i][k] = temp;

    }

    temp = b[j];

    b[j] = b[i];

    b[i] = temp;

    break;

       }

   }

      }

  }

}

void cls(){

  for(int i=0; i<25; i++) printf("\n");

}

void main(){

  int i=0,j=0, k=0;

  cls();

  do{

      printf("\nInput filename: ");

      scanf("%s", filename);

      InFile = fopen(filename, "rt");

  }while(InFile==NULL);

  count_num_lines();

  printf("\nNumber of points: N=%d", N);

  do{

      printf("\nInput power of approximation polinom K<N: ");

      scanf("%d", &K);

  }while(K>=N);

  allocmatrix();

  rewind(InFile);

  //read data from file

  readmatrix();

  //check if there are 0 on main diagonal and exchange rows in that case

  diagonal();

  fclose(InFile);

  //printmatrix();

  //process rows

  for(k=0; k<K+1; k++){

      for(i=k+1; i<K+1; i++){

   if(sums[k][k]==0){

       printf("\nSolution is not exist.\n");

       return;

   }

   float M = sums[i][k] / sums[k][k];

   for(j=k; j<K+1; j++){

       sums[i][j] -= M * sums[k][j];

   }

   b[i] -= M*b[k];

      }

  }

  //printmatrix();

  for(i=(K+1)-1; i>=0; i--){

      float s = 0;

      for(j = i; j<K+1; j++){

   s = s + sums[i][j]*a[j];

      }

      a[i] = (b[i] - s) / sums[i][i];

  }

  //InFile = fopen(filename, "rt");

  //readmatrix();

  //fclose(InFile);

  //printmatrix();

  //testsolve();

  printresult();

  getch();

  freematrix();

}


Вывод:
в данной работе был рассмотрен метод наименьших квадратов для интерполяции функции, заданной при помощи выборки ее значений в нескольких точках.


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

35743. Мой друг. Творческая работа 27 KB
  Хорошо когда рядом есть верный друг с ним можно посоветоваться доверить тайну. Настоящий друг никогда не придаст всегда придёт на помощь. Мы дружим друг с другом с раннего детства.
35744. Правильный выбор профессии 147 KB
  Правильный выбор профессии позволит мне так построить свою будущую карьеру чтобы достичь выдающихся успехов в ней. Осознание проблемной области Из данной проблемной области можно выделить следующие подпроблемы : Определение потребности и ее формулировка Моей потребностью в данный жизненный период является выбор профессии в соответствии со своими интересами и возможностями и профессиональное самоопределение. Для этого мне нужно: изучить свои интересы и склонности; выявить уровень знаний способности здоровье и соотнести их с...
35745. Конструювання косметички. Творчий проект 1.58 MB
  Історія косметички. Вимоги до косметички. Технологічна послідовність виготовлення косметички. Косметички як правило більші за портмоне гаманець але меньші за сумку.
35746. Научный подвиг. Дмитрия Ивановича Менделеева 31 KB
  Менделеевым 17 февраля 1869 года в результате многолетней работы по отысканию принципов систематизации элементов и изучения самых различных их свойств. Менделеевым таблица Периодической системы химических элементов имела четкую структуру в виде групп и периодов с рядами в которой нашлось место не только для всех известных в то время элементов но были оставлены пустые места для еще не открытых. Менделеева позволила не только предсказать существование неизвестных элементов но и предугадать их свойства исправить неверно определенные атомные...
35749. ИЗОНИТЬ. Творческая работа 1.74 MB
  Среди большого многообразия меня привлекли работы в технике изонить оригинальные красивые эффектные. ИЗОНИТЬ история и современность Нитяная графика как вид декоративноприкладного искусства впервые появилась в Англии в XVII веке. Термин ниточный дизайн нитяная графика изографика изонить хордовая вышивка используется в России. Создание панно в технике изонить становится в последние годы все более популярным занятием для детей и взрослых.