数值逼近实验报告1.docx

实验报告实验项目名称 插值法 实　验　室　数学实验室 　所属课程名称 数值逼近 实 验 类 型 算法设计 实 验 日 期 2013年9月27日 班 级 学 号 姓 名 成 绩 实验概述：【实验目的及要求】本次实验的目的是熟练《数值分析》第二章“插值法”的相关内容，掌握三种插值方法：牛顿多项式插值，三次样条插值，拉格朗日插值，并比较三种插值方法的优劣。本次试验要求编写牛顿多项式插值，三次样条插值，拉格朗日插值的程序编码，并在MATLAB软件中去实现。【实验原理】《数值分析》第二章“插值法”的相关内容，包括：牛顿多项式插值，三次样条插值，拉格朗日插值的相应算法和相关性质。【实验环境】（使用的软硬件）软件：MATLAB 2012a硬件：电脑型号：联想 Lenovo 昭阳E46A笔记本电脑操作系统：Windows 8 专业版 处理器：Intel（R）Core（TM）i3 CPU M 350 @2.27GHz 2.27GHz实验内容：【实验方案设计】第一步，将书上关于三种插值方法的内容转化成程序语言，用MATLAB实现；第二步，分别用牛顿多项式插值，三次样条插值，拉格朗日插值求解不同的问题。【实验过程】（实验步骤、记录、数据、分析）实验的主要步骤是：首先分析问题，根据分析设计MATLAB程序，利用程序算出问题答案，分析所得答案结果，再得出最后结论。实验一：已知函数在下列各点的值为xi0.20.40.6.0.81.0f（xi）0.980.920.810.640.38试用4次牛顿插值多项式P4（x）及三次样条函数S（x）（自然边界条件）对数据进行插值。用图给出{（xi，yi），xi=0.2+0.08i，i=0，1, 11, 10}，P4（x）及S（x）。(1)首先我们先求牛顿插值多项式，此处要用4次牛顿插值多项式处理数据。已知n次牛顿插值多项式如下：Pn=f(x0)+f[x0,x1](x-x0)+ f[x0,x1,x2](x-x0) (x-x1)+···+ f[x0,x1，···xn](x-x0) ···(x-xn-1)我们要知道牛顿插值多项式的系数，即均差表中得部分均差。在MATLAB的Editor中输入程序代码，计算牛顿插值中多项式系数的程序如下：function varargout=newtonliu(varargin)clear,clcx=[0.2 0.4 0.6 0.8 1.0];fx=[0.98 0.92 0.81 0.64 0.38];newtonchzh(x,fx);function newtonchzh(x,fx)%由此函数可得差分表n=length(x);fprintf(*****************差分表*****************************\n);FF=ones(n,n);FF(:,1)=fx;for i=2:n for j=i:n FF(j,i)=(FF(j,i-1)-FF(j-1,i-1))/(x(j)-x(j-i+1)); endendfor i=1:n fprintf(%4.2f,x(i)); for j=1:i fprintf(%10.5f,FF(i,j)); end fprintf(\n);end由MATLAB计算得：xi f(xi) 一阶差商二阶差商三阶差商四阶差商0.200.9800.400.920-0.300000.600.810-0.55000-0.625000.800.640-0.85000-0.75000-0.208331.000.380-1.30000-1.12500-0.62500-0.52083所以有四次插值牛顿多项式为：P4（x）=0.98-0.3(x-0.2)-0.62500 (x-0.2)(x-0.4) -0.20833 (x-0.2)(x-0.4)(x-0.6)-0.52083 (x-0.2)(x-0.4)(x-0.6)(x-0.8）(2)接下来我们求三次样条插值函数。用三次样条插值函数由上题分析知,要求各点的M值：三次样条插值函数计算的程序如下：function tgsanci(n,s,t) %n代表元素数，s,t代表端点的一阶导。x=[0.2 0.4 0.6 0.8 1.0];y=[0.98 0.92 0.81 0.64 0.38]; n=5for j=1:1:n-1 h(j)=x(j+1)-x(j);endfor j=2:1:n-1 r(j)=h(j)/(h(j)+h(j-1));endfor j=1:1:n-1 u(j)=1-r(j);endfor j=1:1:n-1 f(j)=(y(j+1)-y(j))/h(j);endfor j=2:1:n-1 d(j)=6*(f(j)-f