详解Python牛顿插值法


Posted in Python onMay 11, 2021

一、牛顿多项式

拉格朗日多项式的公式不具备递推性,每个多项式需要单独构造。但很多时候我们需要从若干个逼近多项式选择一个。这个时候我们就需要一个具有递推关系的方法来构造——牛顿多项式

详解Python牛顿插值法

这里的的a0,a1…等可以通过逐一带入点的值来求得。但是当项数多起来时,会发现式子变得很大,这个时候我们便要引入差商的概念(利用差分思想)具体见式子能更好理解

详解Python牛顿插值法
详解Python牛顿插值法

这里在编程实现中我们可以推出相应的差商推导方程

d(k,0)=y(k)
d(k,j)=(d(k,j-1)-d(k-1,j-1)) / (x(k)-x(k-j))

二、例题

【问题描述】考虑[0,3]内的函数y=f(x)=cos(x)。利用多个(最多为6个)节点构造牛顿插值多项式。
【输入形式】在屏幕上依次输入在区间[0,3]内的一个值x*,构造插值多项式后求其P(x*)值,和多个节点的x坐标。
【输出形式】输出牛顿插值多项式系数向量,差商矩阵,P(x*)值(保留6位有效数字),和与真实值的绝对误差(使用科学计数法,保留小数点后6位有数字)。
【样例1输入】
0.8
0 0.5 1
【样例1输出】
-0.429726
-0.0299721
1
1 0 0
0.877583 -0.244835 0
0.540302 -0.674561 -0.429726
0.700998
4.291237e-03
【样例1说明】
输入:x为0.8,3个节点为(k, cos(k)),其中k = 0, 0.5, 1。
输出:
牛顿插值多项式系数向量,表示P2(x)=-0.429726x^2 - 0.0299721x + 1;
3行3列的差商矩阵;
当x
为0.8时,P2(0.8)值为0.700998
与真实值的绝对误差为:4.291237*10^(-3)
【评分标准】根据输入得到的输出准确

三、ACcode:

C++(后面还有python代码)

/*
 * @Author: csc
 * @Date: 2021-04-30 08:52:45
 * @LastEditTime: 2021-04-30 11:57:46
 * @LastEditors: Please set LastEditors
 * @Description: In User Settings Edit
 * @FilePath: \code_formal\course\cal\newton_quo.cpp
 */
#include <bits/stdc++.h>
#define pr printf
#define sc scanf
#define for0(i, n) for (i = 0; i < n; i++)
#define for1n(i, n) for (i = 1; i <= n; i++)
#define forab(i, a, b) for (i = a; i <= b; i++)
#define forba(i, a, b) for (i = b; i >= a; i--)
#define pb push_back
#define eb emplace_back
#define fi first
#define se second
#define int long long
#define pii pair<int, int>
#define vi vector<int>
#define vii vector<vector<int>>
#define vt3 vector<tuple<int, int, int>>
#define mem(ara, n) memset(ara, n, sizeof(ara))
#define memb(ara) memset(ara, false, sizeof(ara))
#define all(x) (x).begin(), (x).end()
#define sq(x) ((x) * (x))
#define sz(x) x.size()
const int N = 2e5 + 100;
const int mod = 1e9 + 7;
namespace often
{
    inline void input(int &res)
    {
        char c = getchar();
        res = 0;
        int f = 1;
        while (!isdigit(c))
        {
            f ^= c == '-';
            c = getchar();
        }
        while (isdigit(c))
        {
            res = (res << 3) + (res << 1) + (c ^ 48);
            c = getchar();
        }
        res = f ? res : -res;
    }
    inline int qpow(int a, int b)
    {
        int ans = 1, base = a;
        while (b)
        {
            if (b & 1)
                ans = (ans * base % mod + mod) % mod;
            base = (base * base % mod + mod) % mod;
            b >>= 1;
        }
        return ans;
    }
    int fact(int n)
    {
        int res = 1;
        for (int i = 1; i <= n; i++)
            res = res * 1ll * i % mod;
        return res;
    }
    int C(int n, int k)
    {
        return fact(n) * 1ll * qpow(fact(k), mod - 2) % mod * 1ll * qpow(fact(n - k), mod - 2) % mod;
    }
    int exgcd(int a, int b, int &x, int &y)
    {
        if (b == 0)
        {
            x = 1, y = 0;
            return a;
        }
        int res = exgcd(b, a % b, x, y);
        int t = y;
        y = x - (a / b) * y;
        x = t;
        return res;
    }
    int invmod(int a, int mod)
    {
        int x, y;
        exgcd(a, mod, x, y);
        x %= mod;
        if (x < 0)
            x += mod;
        return x;
    }
}
using namespace often;
using namespace std;

int n;

signed main()
{
    auto polymul = [&](vector<double> &v, double er) {
        v.emplace_back(0);
        vector<double> _ = v;
        int m = sz(v);
        for (int i = 1; i < m; i++)
            v[i] += er * _[i - 1];
    };
    auto polyval = [&](vector<double> const &c, double const &_x) -> double {
        double res = 0.0;
        int m = sz(c);
        for (int ii = 0; ii < m; ii++)
            res += c[ii] * pow(_x, (double)(m - ii - 1));
        return res;
    };

    int __ = 1;
    //input(_);
    while (__--)
    {
        double _x, temp;
        cin >> _x;
        vector<double> x, y;
        while (cin >> temp)
            x.emplace_back(temp), y.emplace_back(cos(temp));
        n = x.size();
        vector<vector<double>> a(n, vector<double>(n));
        int i, j;
        for0(i, n) a[i][0] = y[i];
        forab(j, 1, n - 1) forab(i, j, n - 1) a[i][j] = (a[i][j - 1] - a[i - 1][j - 1]) / (x[i] - x[i - j]);
        vector<double> v;
        v.emplace_back(a[n - 1][n - 1]);
        forba(i, 0, n - 2)
        {
            polymul(v, -x[i]);
            int l = sz(v);
            v[l - 1] += a[i][i];
        }

        for0(i, n)
            pr("%g\n", v[i]);
        for0(i, n)
        {
            for0(j, n)
                pr("%g ", a[i][j]);
            puts("");
        }
        double _y =  polyval(v, _x);
        pr("%g\n", _y);
        pr("%.6e",fabs(_y-cos(_x)));
    }

    return 0;
}

python代码

'''
Author: csc
Date: 2021-04-29 23:00:57
LastEditTime: 2021-04-30 09:58:07
LastEditors: Please set LastEditors
Description: In User Settings Edit
FilePath: \code_py\newton_.py
'''
import numpy as np


def difference_quotient(x, y):
    n = len(x)
    a = np.zeros([n, n], dtype=float)
    for i in range(n):
        a[i][0] = y[i]
    for j in range(1, n):
        for i in range(j, n):
            a[i][j] = (a[i][j-1]-a[i-1][j-1])/(x[i]-x[i-j])
    return a


def newton(x, y, _x):
    a = difference_quotient(x, y)
    n = len(x)
    s = a[n-1][n-1]
    j = n-2
    while j >= 0:
        s = np.polyadd(np.polymul(s, np.poly1d(
            [x[j]], True)), np.poly1d([a[j][j]]))
        j -= 1
    for i in range(n):
        print('%g' % s[n-1-i])
    for i in range(n):
        for j in range(n):
            print('%g' % a[i][j], end=' ')
        print()
    _y = np.polyval(s, _x)
    print('%g' % _y)
    # re_err
    real_y = np.cos(_x)
    err = abs(_y-real_y)
    print('%.6e' % err)


def main():
    _x = float(input())
    x = list(map(float, input().split()))
    y = np.cos(x)
    newton(x, y, _x)


if __name__ == '__main__':
    main()

到此这篇关于详解Python牛顿插值法的文章就介绍到这了,更多相关Python牛顿插值法内容请搜索三水点靠木以前的文章或继续浏览下面的相关文章希望大家以后多多支持三水点靠木!

Python 相关文章推荐
python面向对象_详谈类的继承与方法的重载
Jun 07 Python
python实现数据写入excel表格
Mar 25 Python
关于python写入文件自动换行的问题
Jun 23 Python
win7+Python3.5下scrapy的安装方法
Jul 31 Python
python实现停车管理系统
Nov 30 Python
python文本数据处理学习笔记详解
Jun 17 Python
Django Docker容器化部署之Django-Docker本地部署
Oct 09 Python
python爬虫开发之PyQuery模块详细使用方法与实例全解
Mar 09 Python
pymysql模块使用简介与示例
Nov 17 Python
利用python+request通过接口实现人员通行记录上传功能
Jan 13 Python
Pandas数据分析的一些常用小技巧
Feb 07 Python
Python如何让字典保持有序排列
Apr 29 Python
Python中使用subprocess库创建附加进程
有趣的二维码:使用MyQR和qrcode来制作二维码
python保存大型 .mat 数据文件报错超出 IO 限制的操作
May 10 #Python
Python批量将csv文件转化成xml文件的实例
python基础之爬虫入门
python设置 matplotlib 正确显示中文的四种方式
提取视频中的音频 Python只需要三行代码!
You might like
php 读取文件头判断文件类型的实现代码
2013/08/05 PHP
PHP中使用xmlreader读取xml数据示例
2014/12/29 PHP
PHP计算日期相差天数实例分析
2016/02/23 PHP
PHP精确到毫秒秒杀倒计时实例详解
2019/03/14 PHP
JS获取父节点方法
2009/08/20 Javascript
用innerhtml提高页面打开速度的方法
2013/08/02 Javascript
JavaScript获得url查询参数的方法
2015/07/02 Javascript
浅谈js的ajax的异步和同步请求的问题
2016/10/07 Javascript
Node.js的特点详解
2017/02/03 Javascript
微信小程序中使用javascript 回调函数
2017/05/11 Javascript
React教程之Props验证的具体用法(Props Validation)
2017/09/04 Javascript
在Swiper内如何制作CSS3动画效果示例代码
2017/12/07 Javascript
Bootstrap导航菜单点击后无法自动添加active的处理方法
2018/08/10 Javascript
BootStrap中的模态框(modal,弹出层)功能示例代码
2018/11/02 Javascript
JS闭包原理与应用经典示例
2018/12/20 Javascript
vue动态绑定class的几种常用方式小结
2019/05/21 Javascript
浅谈layer弹出层按钮颜色修改方法
2019/09/11 Javascript
[00:06]Yes,it worked!小卡尔成功穿越时空加入战场!
2019/07/20 DOTA
Python实现一个简单的MySQL类
2015/01/07 Python
Python中创建字典的几种方法总结(推荐)
2017/04/27 Python
Python实现的栈(Stack)
2018/01/26 Python
致Python初学者 Anaconda入门使用指南完整版
2018/04/05 Python
解决Python对齐文本字符串问题
2019/08/28 Python
python ETL工具 pyetl
2020/06/07 Python
在 Windows 下搭建高效的 django 开发环境的详细教程
2020/07/27 Python
python打包生成so文件的实现
2020/10/30 Python
25个CSS3动画按钮和菜单教程分享
2012/10/03 HTML / CSS
导出HTML5 Canvas图片并上传服务器功能
2019/08/16 HTML / CSS
AmazeUI的下载配置与Helloworld的实现
2020/08/19 HTML / CSS
Brasty罗马尼亚:购买手表、香水、化妆品、珠宝
2020/04/21 全球购物
几个人围成一圈的问题
2013/09/26 面试题
企业出纳岗位职责
2014/03/12 职场文书
2014年党课学习材料
2014/05/11 职场文书
公司任命书模板
2014/06/06 职场文书
python 定义函数 返回值只取其中一个的实现
2021/05/21 Python
Python简易开发之制作计算器
2022/04/28 Python