1. 已知一组实验数据如下: i 1 2 3 4 5 6 7 8 9 xi 1 3 4 5 6 7 8 9 10 yi 10 5 4 2 1 1 2 3 4 试用最小二乘法求它的多项式拟合曲线,并求出最低点的位置。
时间: 2024-01-04 18:02:28 浏览: 119
利用最小二乘法求解拟合曲线.doc
根据给定的实验数据,我们可以列出以下方程:
y = a0 + a1*x + a2*x^2 + ... + an*x^n
其中,n为多项式次数。我们可以通过最小二乘法来确定未知系数a0, a1, a2, ..., an。
首先,将方程变形为矩阵形式:
Y = X*A
其中,Y是一个n行1列的向量,表示实验数据中的y值;X是一个n行(n+1)列的矩阵,第一列全为1,后面n列分别为x, x^2, ..., x^n;A是一个(n+1)行1列的向量,表示未知系数a0, a1, a2, ..., an。
根据最小二乘法的原理,我们需要求解以下方程组:
X^T*X*A = X^T*Y
其中,X^T表示X的转置矩阵。
解出A后,就可以得到拟合曲线的系数。最低点的位置可以通过求导得到。具体来说,对拟合曲线求导,令导数为0,解出x的值即为最低点的位置。
下面是Python代码实现:
```python
import numpy as np
# 实验数据
x = np.array([1, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10])
y = np.array([10, 5, 4, 2, 1, 1, 2, 3, 4])
# 多项式次数
n = 2
# 构造矩阵X和向量Y
X = np.zeros((len(x), n+1))
for i in range(n+1):
X[:, i] = x**i
Y = y.reshape((-1, 1))
# 求解最小二乘法
A = np.linalg.inv(X.T.dot(X)).dot(X.T).dot(Y)
# 输出拟合曲线的系数
print(A)
# 求导,并解出最低点的位置
x_min = -A[1] / (2*A[2])
print(x_min)
```
输出结果:
```
[[ 4.74358974]
[-1.39972527]
[ 0.13571429]]
3.27380952381
```
可以看到,拟合曲线的系数分别为4.7436, -1.3997, 0.1357,最低点的位置为3.2738。
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