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插值法處理數據

生活 更新时间:2024-07-03 11:31:04

樣條插值比較複雜,用得也最普遍,網上很多課件都沒有完全說清楚,這裡把本人認為說得比較清楚的一個課件轉載如下:

樣條插值産生的原因:

插值法處理數據(三次樣條插值與hermite插值的比較)1

從這裡看出,與hermite插值相比,樣條插值要求二階導數連續,而前者隻要求一階導數存在。二階導數連續也就是曲率連續,表示這條曲線是光滑的。再看下面一個介紹:

插值法處理數據(三次樣條插值與hermite插值的比較)2

插值法處理數據(三次樣條插值與hermite插值的比較)3

插值法處理數據(三次樣條插值與hermite插值的比較)4

插值法處理數據(三次樣條插值與hermite插值的比較)5

插值法處理數據(三次樣條插值與hermite插值的比較)6

插值法處理數據(三次樣條插值與hermite插值的比較)7

這裡S(x)的導數隻有n-1個點,是因為第一個點沒有左值(x0-0),最後一個點沒有右值

(xn 0)。

插值法處理數據(三次樣條插值與hermite插值的比較)8

插值法處理數據(三次樣條插值與hermite插值的比較)9

插值法處理數據(三次樣條插值與hermite插值的比較)10

這裡是假設S的二階導數是一條曲線,然後利用拉格朗日插值法得出的表達式。

插值法處理數據(三次樣條插值與hermite插值的比較)11

插值法處理數據(三次樣條插值與hermite插值的比較)12

上圖中最後一個表達式将相關數值代入後即得到所求的三次多項式。

插值法處理數據(三次樣條插值與hermite插值的比較)13

插值法處理數據(三次樣條插值與hermite插值的比較)14

插值法處理數據(三次樣條插值與hermite插值的比較)15

插值法處理數據(三次樣條插值與hermite插值的比較)16

注意上面的讨論,先是在區間[xi,xi 1]上讨論,然後在[xi-1,xi]區間是讨論,也就是一共三個點參加了讨論:xi-1,xi,xi 1。讨論的過程是通過一階導數連續而進行的。

插值法處理數據(三次樣條插值與hermite插值的比較)17

插值法處理數據(三次樣條插值與hermite插值的比較)18

接下來通過邊界條件補充缺失的兩個條件:

插值法處理數據(三次樣條插值與hermite插值的比較)19

插值法處理數據(三次樣條插值與hermite插值的比較)20

插值法處理數據(三次樣條插值與hermite插值的比較)21

插值法處理數據(三次樣條插值與hermite插值的比較)22

插值法處理數據(三次樣條插值與hermite插值的比較)23

這個三彎矩方程用到了三個點的二階導數。通過上圖可以求出來。

插值法處理數據(三次樣條插值與hermite插值的比較)24

插值法處理數據(三次樣條插值與hermite插值的比較)25

插值法處理數據(三次樣條插值與hermite插值的比較)26

舉例如下:

插值法處理數據(三次樣條插值與hermite插值的比較)27

插值法處理數據(三次樣條插值與hermite插值的比較)28

最後與hermite插值相對比:

插值法處理數據(三次樣條插值與hermite插值的比較)29

插值法處理數據(三次樣條插值與hermite插值的比較)30

由上述過程可以看出,hermite插值多項式的求解過程隻用到了兩個點的數值及它們的導數值,而樣條插值則用到了三個點的二階導數值。

下圖是兩者程序實現:

插值法處理數據(三次樣條插值與hermite插值的比較)31

簡單總結兩者的區别:

1:樣條插值要求二階導數連續,而hermite插值隻需要一階導數存在。

2:樣條插值用到三個點,而hermite是兩個。

3:樣條函數計算一次得出兩個三次多項式,而hermite則是一個。

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