21. Аппроксимация аналитически заданных функций Аппроксимация аналитически заданных функций

Если функция задана аналитически, то наиболее простым способом нахождения ее аппроксимирующей зависимости является применение функции convert. Это поясняют следующие примеры:

На рис. 9.4 представлен пример полиномиальной аппроксимации хорошо известной статистической функции erfc(x). Для полинома задана максимальная степень 12, но ввиду отсутствия в разложении четных степеней максимальная степень результата оказывается равна 11.

Рис. 9.4. Пример полиномиальной аппроксимации функции erfc(x)

Как видно из приведенного рисунка, в интервале изменениях от -1,5 до 1,5 аппроксимирующее выражение почти повторяет исходную зависимость. Однако затем график аппроксимирующей функции быстро отходит от графика исходной зависимости. При этом он ведет себя иначе даже качественно, никоим образом не показывая асимптотическое поведение, характерное для исходной зависимости.

31.gif

32.gif

22. Полиномиальная интерполяция табличных данных Полиномиальная интерполяция табличных данных

Если данные некоторой зависимости у(х) заданы векторами X и Y ее дискретных значений, то для получения интерполяционного степенного многочлена достаточно записать многочлен для всех N пар значений y_i(x_i) при i=1...N (или i =0...N- 1, если индексы отсчетов начинаются с нуля). Полученная при этом система линейных (относительно коэффициентов полинома) уравнений после решения дает коэффициенты аппроксимирующего полинома. Степень полинома на 1 меньше N, а вычисляемые при х значения у(х) совпадают с табличными (узловыми) в пределах вычислительной погрешности.

На самом деле все это делать не нужно, поскольку Maple 7 имеет реализующую данный алгоритм встроенную функцию interp(X,Y,v) или в инертной форме Interp(X,Y,v).

Переменная v указывает имя переменной интерполяционного полинома. Векторы X и Y должны содержать n + 1 =N координат точек исходной зависимости, где и — степень интерполирующего полинома.

Рисунок 9.5 показывает технику применения полиномиальной аппроксимации на основе функции interp с построением графика исходных точек и аппроксимирующего полинома. Нетрудно заметить, что график полинома проходит точно через исходные точки — они показаны квадратиками.

В этом примере полезно присмотреться к визуализации результатов вычислений и совместному построению графика интерполирующего полинома и исходных точек. В частности, для построения последних использована обычная функция plot, позволяющая выводить на график точки с заданными координатами, причем не только в виде окружностей, но и в виде точек, маленьких крестиков, кружков, квадратов и других фигур. Для выбора типа точек и других параметров графика его надо выделить (установив указатель мыши в поле графика и щелкнув левой кнопкой) и нажать правую кнопку мыши — появится контекстно-зависимое меню с операциями форматирования графика. Это меню показано на рис. 9.5.

Приведем еще несколько примеров использования функции Interp:

Рис. 9.5. Пример осуществления полиномиальной аппроксимации

33.gif

34.gif