c++ 三次样条插值 自然边界条件

时间: 2023-08-03 12:47:13 浏览: 82
三次样条插值中的自然边界条件是指在插值区间的两端点处,二阶导数值为0。这样做的目的是为了使得插值函数的两端点更加平滑,避免出现不必要的振荡。 下面是使用自然边界条件进行三次样条插值的 C++ 代码实现: ```c++ #include <iostream> #include <vector> using namespace std; void cubic_spline_interpolation(vector<double>& x, vector<double>& y, vector<double>& M, double x_new, double& y_new) { int n = x.size(); int i = 0; while (i < n && x[i] < x_new) { i++; } double h = x[i] - x[i-1]; double a = (M[i] - M[i-1]) / (6 * h); double b = M[i-1] / 2; double c = (y[i] - y[i-1]) / h - (2 * h * M[i-1] + h * M[i]) / 6; double d = y[i-1]; y_new = a * pow(x_new - x[i-1], 3) + b * pow(x_new - x[i-1], 2) + c * (x_new - x[i-1]) + d; } int main() { // example data vector<double> x = {0, 1, 2, 3, 4}; vector<double> y = {0, 1, 4, 9, 16}; int n = x.size(); vector<double> h(n-1); for (int i = 0; i < n-1; i++) { h[i] = x[i+1] - x[i]; } // solve tridiagonal linear system to get M vector<double> a(n-2); vector<double> b(n-2); vector<double> c(n-2); vector<double> d(n-2); for (int i = 0; i < n-2; i++) { a[i] = h[i]; b[i] = 2 * (h[i] + h[i+1]); c[i] = h[i+1]; d[i] = 6 * ((y[i+2] - y[i+1]) / h[i+1] - (y[i+1] - y[i]) / h[i]); } vector<double> M(n); M[0] = 0; M[n-1] = 0; for (int i = 0; i < n-2; i++) { double ratio = a[i] / b[i]; b[i+1] -= ratio * c[i]; d[i+1] -= ratio * d[i]; } M[n-2] = d[n-3] / b[n-3]; for (int i = n-4; i >= 0; i--) { M[i+1] = (d[i] - c[i] * M[i+2]) / b[i]; } // interpolate at x_new = 2.5 double x_new = 2.5; double y_new; cubic_spline_interpolation(x, y, M, x_new, y_new); cout << "Interpolated value at x = " << x_new << " is y = " << y_new << endl; return 0; } ``` 其中,解三对角线性方程组的部分可以使用 Thomas 算法来进行优化,这里为了方便直接使用了高斯消元法。

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