Добавил:
Upload Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:

ТЭА-ТМ 2 курс-курсовая

.pdf
Скачиваний:
16
Добавлен:
01.03.2016
Размер:
790.91 Кб
Скачать

Фрагменты полино-

yi (x) = åai * x2

+ bi * x + ci

p2:=loess(vx,vy,span)

мов 2-ой степени

interp(p2,vx,vy,x)

 

 

 

 

 

 

 

Экспоненциальная

y(x)=a*eb*x+c

 

expfit(vx,vy,g)

 

 

 

 

Логистическая функ-

y(x)=a/(1+b*e-c*x)

 

lgsfit(vx,vy,g)

ция

 

 

 

 

 

 

 

Синусоидальная

y(x)=a*sin(x+b)+c

 

sinfit(vx,vy,g)

 

 

 

 

Степенная

y(x)=a*xb+c

 

pwfit(vx,vy,g)

 

 

 

 

Логарифмическая

y(x) = a*ln(x + b)+c

 

logfit(vx,vy,g)

 

 

 

 

Логарифмическая ко-

y(x) = a*ln(x)+b

 

lnfit(vx,vy,g)

роткая

 

 

 

 

 

 

 

Рассмотрим суть параметров, используемых в качестве аргументов в функциях. В каждой функции используются два вектора исходных данных, vx - вектор независимых переменных, vy - вектор зависимых переменных. Количество элементов вектора vx и vy должно быть одинаково. Функции regress и loess используются только совместно с функцией interp. Сами функ- ции regress и loess вычисляют только вектор, требуемый функцией interp для определения самого полинома. Параметр span функции loess определяет ве- личину области, на которой строится конкретный фрагмент полинома 2-ой степени. Оптимальное значение span, предлагаемое справочной системой Mathcad равно 0.75, но в каждом конкретном случае рекомендуется путем ва- риантных расчетов подобрать наилучшее значение span. Параметр g является вектором начальных приближений для неизвестных функции регрессии. По- сле определения регрессионных зависимостей, актуальным является выбор из их совокупности наилучшей функции, с точки зрения адекватности описа- ния исходных экспериментальных данных. В качестве критерия, позволяю- щего выбрать наилучшую модель, предлагается использовать коэффициент детерминации, численно равный коэффициенту корреляции в квадрате. Зна- чение коэффициента корреляции в MathCad позволяет рассчитать функция corr(A,B), где A и B – два вектора значений.

Другим способом определение коэффициентов функциональных зависи- мостей является использование функция Microsoft Excel или блок «ПОИСК РЕШЕНИЯ» Microsoft Excel.

31

4.3. Этапы выполнения аппроксимации данных в Microsoft Excel и Mathcad

4.3.1. Ввести экспериментальные данные (xi , yi , i [0 ,n]).

4.3.2.Определить функциональные зависимости для аппроксимации экс- периментальных данных на основе функций Mathcad, приведенных в таблице .

4.3.3.Вычислить в Mathcad значение коэффициента детерминации для ка- ждой функциональной зависимости.

4.3.4.Отобразить графически в Mathcad исходные данные и полученные функциональные зависимости.

4.3.5.На основе вычисленных в Mathcad значений коэффициента детерми- нации обосновать выбор наилучшей функциональной зависимости. Для указанной функциональной зависимости, используя «Поиск ре- шения» Microsoft Excel, определить значения коэффициентов этой функциональной зависимости, а затем сравнить их значения со зна- чениями, полученных в Mathcad.

4.4.Пример

32

Пример задачи

x

y

методы аппроксимации

«Поиск решения»

1,2

0,6703

Линейная

 

1,3

0,5169

Полиномиальная 4-ой

 

1,4

0,4350

 

степени

 

1,6

0,2800

Экспоненциальная

 

1,7

0,2541

Полиномиальная мо-

1,9

0,2466

дель - loess (Фрагменты

 

2,1

0,2144

полиномов 2-ой степени)

 

2,2

0,1809

Логарифмическая

 

2,4

0,1327

 

 

 

2,6

0,0821

Экспоненциальная

 

2,7

0,0614

 

 

Для указанных экспериментальных данных определить указанные функ- циональные зависимости, рассчитать значения коэффициента детерминации и выбрать наилучшую функциональную зависимость. Для указанной функ- циональной зависимости, используя «Поиск решения» Microsoft Excel, опре- делить значения коэффициентов этой функциональной зависимости, а затем сравнить их значения со значениями, полученных в Mathcad.

33

i =

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

i := 1.. 11

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

æ

1.2ö

 

 

æ

0.6703ö

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

ç

1.3÷

 

 

ç

0.5169÷

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3

 

ç

 

÷

 

 

ç

 

 

÷

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ç

1.4÷

 

 

ç

0.4350÷

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4

 

ç

1.6÷

 

 

ç

0.2800÷

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

5

 

ç

 

÷

 

 

ç

 

 

÷

 

Линейная модель

Полиномеальная модель

 

6

 

ç

1.7÷

 

 

ç

0.2541÷

 

 

vx :=

ç

1.9÷

 

vy

:= ç

0.2466÷

k1 := line(vx, vy )

 

 

полином 4-ой степени

 

7

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ç

 

÷

 

 

ç

 

 

÷

y1(x) := k10 + k11 × x

 

 

 

p2 := regress (vx, vy , 4)

 

8

 

ç

2.1÷

 

 

ç

0.2144÷

 

 

y2(x) := interp (p2 , vx, vy , x)

 

9

 

ç

2.2÷

 

 

ç

0.1809÷

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

kd1 := corr(vy , y1(vx))2

 

 

 

 

 

 

 

10

 

ç

2.4÷

 

 

ç

0.1327÷

 

kd

 

 

 

¾¾

2

 

 

 

ç

2.6

÷

 

 

ç

 

 

÷

 

 

 

 

 

2

:= corr(vy , y2(vx))

 

11

 

ç

÷

 

 

ç

0.0821

kd1 = 0.862

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

÷

 

 

 

 

 

 

 

æ1ö

 

è

2.7ø

 

 

è

0.0614ø

 

 

 

 

 

 

 

kd2 = 0.997

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

g := ç

1÷

Экспоненциальная модель

Логарифмическая модель

Полиномеальная модель - loess

ç

÷

p4

:= expfit(vx, vy , g)

 

 

 

 

 

 

 

 

p3 :=

loess (vx, vy , 0.75)

è

3ø

 

p5

:=

logfit(vx, vy , g)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

p41×x

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

y4(x) := p4

0

× e

+ p4

2

y5(x) := p50 × ln(p51 + x) + p52

y3(x) :=

interp (p3 , vx, vy , x)

 

 

 

 

 

 

kd3 := corr(vy , y3(vx)¾¾)2

 

 

 

 

 

 

(

¾¾)2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

kd4 := corr vy , y4(vx)

 

 

 

 

¾¾

2

 

 

 

 

 

 

 

 

kd4 = 0.969

 

 

 

 

kd

5

:= corr(vy , y5(vx))

 

 

 

kd

3

= 0.998

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

kd5 = 0.985

 

 

 

 

 

 

 

p40 = 7.453

 

 

p41 = -2.157

 

p42 = 0.083

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

0.8

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

vyi

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

y1(vx)0.6

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

¾¾

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

y2(vx)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

¾¾0.4

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

y3(vx)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

¾¾

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

y4(vx)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

¾¾0.2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

y5(vx)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

01

 

 

 

 

1.5

 

 

2

2.5

 

 

 

 

3

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

vxi , vx

 

 

 

 

 

 

 

Из приведенных расчетов можно сделать вывод, что наилучшей функцией является поли- номиальная модель, полученная с помощью функции loess(), так как значение коэффици- ента детерминации для нее имеет максимальное значение = 0,998

34

Нахождение значений коэффициентов для экспоненциальной зависимости y(x)=a*eb*x+c с использованием блока «Поиск решения » приведено на листингах, расположенных ниже

Как показывает анализ результатов, полученных в Mahcad и Excel, значения коэффициентов для экспоненциальной зависимости совпадают

p40 = 7.453 p41 = −2.157 p42 = 0.083

4.5. Номера задач

 

 

Задача 1

 

 

 

Задача 2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

x

y

методы аппрок-

«Поиск реше-

x

y

методы аппрок-

«Поиск реше-

симации

ния»

симации

ния»

 

 

 

 

1

13,50

Линейная

Полиномиаль-

1

251

Полиномиальная

Полиномиаль-

2

12,77

Полиномиальная

ная 3-ой степе-

2

249

4-ой степени

ная 4-ой степе-

35

3

12,05

 

 

3

248

 

 

4

11,93

 

 

4

246

 

 

5

11,55

 

 

5

259

 

 

6

12,26

 

 

6

262

 

 

7

12,88

 

 

7

255

 

 

8

12,75

 

 

8

240

 

 

9

11,62

 

 

9

238

 

 

10

10,51

 

 

10

225

 

 

11

9,98

 

 

11

220

 

 

12

10,05

 

 

12

223

 

 

 

 

Задача 3

 

 

 

 

 

 

Задача 4

 

x

y

методы аппрок-

«Поиск реше-

 

x

y

методы аппрок-

«Поиск реше-

симации

ния»

 

симации

ния»

 

 

 

 

 

 

 

1

0,91

Фрагменты поли-

 

 

1

 

1,89

Экспоненциаль-

 

2

0,87

номов 2-ой степе-

 

 

2

 

1,91

 

 

 

ни

 

 

 

 

 

 

ная

 

3

0,85

 

3

 

2,00

 

4

0,82

Экспоненциаль-

Экспоненциаль-

 

4

 

2,05

Логистическая

Синусоидаль-

5

0,79

 

5

 

2,19

ная

 

 

функция

 

 

ная

 

 

 

 

 

ная

6

0,75

 

6

 

2,27

 

 

 

Синусоидальная

7

0,7

Логистическая

 

 

7

 

2,03

 

8

0,86

функция

 

 

8

 

2,17

Степенная

 

9

0,62

Синусоидальная

 

 

9

 

2,29

 

 

 

 

 

 

 

10

0,6

 

 

10

2,35

 

 

 

 

 

 

 

 

 

11

0,58

 

 

 

11

2,42

 

 

 

12

0,55

 

 

 

12

2,54

 

 

 

 

 

Задача 5

 

 

 

 

 

 

Задача 6

 

x

y

методы аппрок-

«Поиск реше-

 

x

 

y

 

методы аппрок-

 

«Поиск реше-

симации

ния»

 

 

 

симации

 

ния»

 

 

 

 

 

 

 

 

1

6,3

Линейная

 

1

 

105

 

Экспоненциаль-

 

 

2

6,21

 

2

 

108

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ная

 

 

3

7,15

Экспоненциаль-

 

3

 

112

 

 

4

7,0

 

4

 

117

 

Логистическая

 

 

ная

 

 

 

 

Экспоненциаль-

5

6,8

Линейная

5

 

140

 

 

 

 

 

функция

 

 

 

 

 

ная

6

5,75

Логистическая

6

 

132

 

 

 

 

Синусоидальная

 

7

5,05

функция

 

7

 

126

 

 

 

8

4,85

Синусоидальная

 

8

 

128

 

Степенная

 

 

9

5,5

 

9

 

150

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

10

5,2

 

 

10

 

134

 

 

 

 

11

4,34

 

 

11

 

128

 

 

 

 

12

4,53

 

 

12

 

140

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Задача 7

 

 

 

 

 

 

Задача 8

 

x

y

методы аппрок-

«Поиск реше-

 

x

y

методы аппрок-

«Поиск реше-

симации

ния»

 

симации

ния»

 

 

 

 

 

 

 

1

0,32

Синусоидальная

Синусоидальная

 

1

 

1,80

Линейная

Полиномиаль-

2

0,34

Степенная

 

 

2

 

1,78

Полиномиальная

ная 4-ой степе-

3

0,37

 

 

3

 

1,70

ни

 

 

 

 

4-ой степени

 

 

 

36

 

 

 

 

 

 

 

4

0,51

 

 

4

1,64

 

 

5

0,65

 

 

5

1,59

 

 

6

0,79

 

 

6

1,51

 

 

7

0,52

 

 

7

1,45

 

 

8

0,48

 

 

8

1,42

 

 

9

0,31

 

 

9

1,40

 

 

10

0,54

 

 

10

1,37

 

 

11

0,67

 

 

11

1,67

 

 

12

0,71

 

 

12

1,55

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Задача 9

 

 

 

Задача 10

 

x

y

методы аппрок-

«Поиск реше-

x

y

методы аппрок-

«Поиск ре-

симации

ния»

симации

шения»

 

 

 

 

1

95

Полиномиальная

 

1

341

Экспоненциаль-

 

2

97

3-ой степени

 

2

347

 

 

 

 

 

 

 

ная

 

3

96

Фрагменты поли-

 

3

339

 

4

99

 

4

355

Логистическая

 

номов 2-ой степе-

Экспоненциаль-

 

5

93

5

374

 

ни

функция

 

 

 

ная

 

 

 

6

91

6

361

Логистическая

 

 

 

 

Синусоидальная

7

95

Экспоненциаль-

 

7

350

 

8

90

ная

 

8

359

Степенная

 

9

101

Логистическая

 

9

338

 

 

 

 

10

96

 

10

360

 

 

функция

 

 

 

11

89

 

11

330

 

 

 

 

 

 

12

97

 

 

12

370

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Задача 11

 

 

 

Задача 12

 

x

y

методы аппрокси-

«Поиск реше-

x

y

методы аппрокси-

«Поиск реше-

мации

ния»

мации

ния»

 

 

 

 

1

21,3

 

 

1

278

 

 

2

22,1

 

 

2

273

Линейная

 

3

21,7

Экспоненциальная

 

3

275

Экспоненциальная

 

4

22,4

Синусоидальная

Логарифмическая

4

269

Логистическая

5

21,9

5

274

Логистическая

 

 

 

короткая

 

 

функция

6

21,7

Логарифмическая

6

268

функция

7

22,2

 

7

270

 

 

 

 

 

8

21,8

Логарифмическая

 

8

271

Логарифмическая

 

9

21,6

короткая

 

9

256

короткая

 

10

22,5

 

 

10

281

 

 

11

24,3

 

 

11

290

 

 

12

27,8

 

 

12

295

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Задача 13

 

 

 

Задача 14

 

x

y

методы аппрок-

«Поиск реше-

x

y

методы аппрок-

«Поиск реше-

симации

ния»

симации

ния»

 

 

 

 

1

0,52

 

Линейная

1

172

Фрагменты поли-

Логистическая

2

0,59

Линейная

 

2

154

номов 2-ой степе-

функция

 

 

 

 

 

ни

 

3

0,49

 

3

138

 

 

 

 

 

 

 

37

 

 

 

 

4

0,51

 

 

 

 

 

 

4

 

144

 

 

 

 

 

 

5

0,48

 

 

 

 

 

 

5

 

149

 

 

 

 

 

 

6

0,57

 

 

 

 

 

 

6

 

163

 

 

 

 

 

 

7

0,67

 

 

 

 

 

 

7

 

191

 

 

 

 

 

 

8

0,75

 

 

 

 

 

 

8

 

158

 

 

 

 

 

 

9

0,58

 

 

 

 

 

 

9

 

177

 

 

 

 

 

 

10

0,61

 

 

 

 

 

 

10

 

183

 

 

 

 

 

 

11

0,44

 

 

 

 

 

 

11

 

199

 

 

 

 

 

 

12

0,32

 

 

 

 

 

 

12

 

209

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Задача 15

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Задача 16

 

 

x

y

 

методы аппрок-

 

 

«Поиск реше-

 

x

 

y

 

 

методы аппрок-

 

«Поиск реше-

 

симации

 

 

ния»

 

 

 

 

симации

 

ния»

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

1,85

 

 

 

 

 

 

1

 

1,284

 

 

 

 

 

 

2

1,73

 

Фрагменты поли-

 

 

 

 

2

 

1,363

 

 

Линейная

 

 

3

1,68

 

 

 

 

 

3

 

1,433

 

 

 

 

 

 

 

номов 2-ой степе-

 

 

 

 

 

 

 

Полиномиальная

 

 

4

1,59

 

 

 

 

 

4

 

1,477

 

 

 

 

 

ни

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4-ой степени

 

 

5

1,62

 

 

Степенная

5

 

1,537

 

 

 

Линейная

 

 

 

 

 

 

 

 

6

1,83

 

Экспоненциальная

 

 

 

 

6

 

1,600

 

Логарифмическая

 

 

7

1,51

 

Синусоидальная

 

 

 

 

7

 

1,682

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

8

1,78

 

 

 

 

 

8

 

1,751

 

Логарифмическая

 

 

9

1,91

 

Степенная

 

 

 

 

9

 

1,896

 

 

короткая

 

 

10

1,42

 

 

 

 

 

10

 

1,935

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

11

1,66

 

 

 

 

 

 

11

 

2,034

 

 

 

 

 

 

12

1,33

 

 

 

 

 

 

12

 

1,284

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Задача 17

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Задача 18

 

 

x

y

 

методы аппрок-

 

 

«Поиск реше-

 

 

x

 

 

y

 

методы аппрок-

 

 

«Поиск реше-

 

симации

 

 

ния»

 

 

 

 

 

симации

 

 

ния»

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

0,2474

 

 

 

 

 

 

1

 

0,2526

 

Полиномиальная

 

 

 

2

0,3051

 

Полиномиальная

 

 

 

 

2

 

0,3150

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3-ой степени

 

 

 

3

0,3523

 

 

 

 

 

3

 

0,3678

 

 

 

 

 

 

4-ой степени

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4

0,3802

 

 

 

Полиномиаль-

 

4

 

0,4000

 

 

Логистическая

 

 

Логарифмиче-

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

5

0,4169

 

Фрагменты поли-

 

 

 

5

 

0,4434

 

 

 

 

 

 

 

ная 4-ой степе-

 

 

 

 

функция

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ская короткая

6

0,4529

 

номов 2-ой сте-

 

 

ни

 

6

 

0,4875

 

 

Синусоидальная

 

 

7

0,4969

 

пени

 

 

 

 

7

 

0,5438

 

 

 

 

 

8

0,5312

 

Синусоидальная

 

 

 

 

8

 

0,5897

 

 

Логарифмиче-

 

 

 

9

0,5972

 

 

 

 

 

9

 

0,6846

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ская короткая

 

 

 

10

0,6131

 

Логарифмическая

 

 

 

 

10

 

0,7090

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

11

0,.6518

 

короткая

 

 

 

 

11

 

0,7712

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

12

0,2474

 

 

 

 

 

 

12

 

0,2526

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Задача 19

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Задача 20

 

 

x

y

 

методы аппрок-

 

 

«Поиск реше-

 

x

 

y

 

методы аппрок-

 

«Поиск ре-

 

симации

 

 

ния»

 

 

 

симации

 

шения»

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

0,7866

 

 

 

 

Полиномиаль-

 

1

 

 

0,2423

 

Линейная

 

Линейная

2

0,7711

 

Полиномиальная

 

 

ная 3-ой степени

 

2

 

 

0,2629

 

Логистическая

 

 

3

0,7634

 

 

 

 

 

 

3

 

 

0,2733

 

 

 

 

3-ой степени

 

 

 

 

 

 

 

 

функция

 

 

38

4

0,7483

 

 

4

0,2941

 

 

5

0,7408

 

 

5

0,3045

 

 

6

0,7261

 

 

6

0,3255

 

 

7

0,6907

 

 

7

0,3785

 

 

8

0,.6839

 

 

8

0,3892

 

 

9

0,6570

 

 

9

0,4325

 

 

10

0,6126

 

 

10

0,5098

 

 

11

0,5543

 

 

11

0,6248

 

 

12

0,7866

 

 

12

0,2423

 

 

5.Литература

5.1.Е.Р. Алексеев, О.В Чеснокова Решение задач вычислительной математи-

ки в пакетах Mathcad 12, Matlab 7, Maple 9 – M.: НТ Пресс, 2006. – 497 с. : ил.

5.2.В.Л. Быков, Ю.П. Ашаев Основы информатики. Пособие. Издательство БГТУ, 2006 – 430 с. : ил.

5.3.В.Л. Быков, Ю.П. Ашаев Основы информатики. Практикум. Пособие для студентов технических специальностей. Издательство БГТУ. – Брест, 2006. – 316 с.: ил.

39