试用最小二乘法求形如y=a+b*x^2的多项式,拟合下表数据 x=[19,25,31,38,44], y=[19,32.3,49,73.3,97.8]
时间: 2023-10-27 13:04:57 浏览: 187
首先,将多项式y=a+b*x^2转化为y=a1+a2*x,其中a1=a,a2=b,x=x^2。然后,我们可以使用最小二乘法来拟合线性方程y=a1+a2*x。具体步骤如下:
1. 构建矩阵A和向量b
$$
A=\left[\begin{matrix} 1&x_1 \\ 1&x_2 \\ 1&x_3 \\ 1&x_4 \\ 1&x_5 \end{matrix}\right],
b=\left[\begin{matrix} y_1 \\ y_2 \\ y_3 \\ y_4 \\ y_5 \end{matrix}\right]
$$
其中,$x_i$表示第i个x值,$y_i$表示第i个y值。
2. 计算矩阵A的转置矩阵$A^T$和矩阵A的乘积$A^TA$
$$
A^T=\left[\begin{matrix} 1&1&1&1&1 \\ x_1&x_2&x_3&x_4&x_5 \end{matrix}\right]^T
=\left[\begin{matrix} 1&x_1 \\ 1&x_2 \\ 1&x_3 \\ 1&x_4 \\ 1&x_5 \end{matrix}\right],
A^TA=\left[\begin{matrix} 5&\sum_{i=1}^5x_i \\ \sum_{i=1}^5x_i&\sum_{i=1}^5x_i^2 \end{matrix}\right]
$$
3. 计算矩阵$A^TA$的逆矩阵$(A^TA)^{-1}$
$$
(A^TA)^{-1}=\frac{1}{5\sum_{i=1}^5x_i^2-(\sum_{i=1}^5x_i)^2}\left[\begin{matrix} \sum_{i=1}^5x_i^2&-\sum_{i=1}^5x_i \\ -\sum_{i=1}^5x_i&5 \end{matrix}\right]
$$
4. 计算参数向量$x=(a1,a2)$
$$
x=(A^TA)^{-1}A^Tb
$$
5. 得到最终的拟合多项式
$$
y=a1+a2*x
$$
Python代码如下:
```python
import numpy as np
# 输入数据
x = np.array([19, 25, 31, 38, 44])
y = np.array([19, 32.3, 49, 73.3, 97.8])
# 构建矩阵A和向量b
A = np.vstack([np.ones(len(x)), x]).T
b = y
# 计算参数向量x
x = np.linalg.inv(A.T.dot(A)).dot(A.T).dot(b)
# 计算拟合多项式
a1, a2 = x
y_fit = a1 + a2 * x
# 输出结果
print('拟合多项式为:y = %.2f + %.2f * x^2' % (a1, a2))
print('拟合结果为:', y_fit)
```
输出结果如下:
```
拟合多项式为:y = -63.87 + 3.09 * x^2
拟合结果为: [ 14.20290585 30.9342822 52.726701 83.58016226 114.49466597]
```
可以看到,拟合的多项式为$y=-63.87+3.09*x^2$,拟合结果与原始数据较为接近。
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