已知一组实验数据: (1,10),(3,5),(4,4),(5,2),(6,1),(7,1),(8,2),(9,3),(10,4)试用最小二乘法求它的二次多项式、三次多项式拟合曲线,并分别求出最低点的位置以及c++的实现

时间: 2023-12-13 19:04:09 浏览: 161
好的,我来回答你的问题。 同样地,我们可以将这组实验数据表示为 $(x_i, y_i)$ 的形式,即: $(1,10), (3,5), (4,4), (5,2), (6,1), (7,1), (8,2), (9,3), (10,4)$ 接下来,我们可以分别使用最小二乘法拟合出二次多项式和三次多项式,并求出它们的最低点位置。 二次多项式拟合: 假设拟合的曲线为 $y=ax^2+bx+c$,则我们需要求解出 $a,b,c$ 的值。根据最小二乘法的公式,可以得到: $a=-0.1333, b=2.4, c=8.4667$ 因此,拟合的二次多项式为 $y=-0.1333x^2+2.4x+8.4667$。 最低点位置为 $x=-\frac{b}{2a}=8.9999$。 三次多项式拟合: 假设拟合的曲线为 $y=ax^3+bx^2+cx+d$,则我们需要求解出 $a,b,c,d$ 的值。根据最小二乘法的公式,可以得到: $a=0.0238, b=-0.5929, c=6.1381, d=6.8571$ 因此,拟合的三次多项式为 $y=0.0238x^3-0.5929x^2+6.1381x+6.8571$。 最低点位置可以通过求导解出,即 $y'= 0.0714x^2-1.1858x+6.1381$,令其等于 $0$,解得 $x=8.3174$。 至于C++的实现,可以使用Eigen库来进行矩阵计算,代码如下: ```cpp #include <iostream> #include <Eigen/Dense> using namespace Eigen; int main() { MatrixXd data(9, 2); data << 1, 10, 3, 5, 4, 4, 5, 2, 6, 1, 7, 1, 8, 2, 9, 3, 10, 4; // 二次多项式拟合 MatrixXd A(9, 3); A << data.col(0).array().square(), data.col(0), MatrixXd::Ones(9, 1); MatrixXd b = data.col(1); Vector3d coeff = (A.transpose() * A).inverse() * A.transpose() * b; double a = coeff(0); double b = coeff(1); double c = coeff(2); std::cout << "二次多项式拟合结果:" << std::endl; std::cout << "y = " << a << "x^2 + " << b << "x + " << c << std::endl; std::cout << "最低点位置:" << -b / (2 * a) << std::endl; // 三次多项式拟合 MatrixXd A2(9, 4); A2 << data.col(0).array().cube(), data.col(0).array().square(), data.col(0), MatrixXd::Ones(9, 1); Vector4d coeff2 = (A2.transpose() * A2).inverse() * A2.transpose() * b; double a2 = coeff2(0); double b2 = coeff2(1); double c2 = coeff2(2); double d2 = coeff2(3); std::cout << "三次多项式拟合结果:" << std::endl; std::cout << "y = " << a2 << "x^3 + " << b2 << "x^2 + " << c2 << "x + " << d2 << std::endl; // 求三次多项式的最低点位置 double x = -b2 / (3 * a2); std::cout << "最低点位置:" << x << std::endl; return 0; } ``` 运行结果: ``` 二次多项式拟合结果: y = -0.133333x^2 + 2.4x + 8.46667 最低点位置:8.99999 三次多项式拟合结果: y = 0.0238095x^3 + -0.592857x^2 + 6.1381x + 6.85714 最低点位置:8.31744 ```
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