二次插值算法

2019-08-30 18:31

二次插值法亦是用于一元函数线拟合方法的范畴。 一、基本原理

在确定的初始区间内搜索极小点的一种方法。它属于曲

在求解一元函数的极小点时,常常利用一个低次插值多项式来逼近原目标函数,

然后求该多项式的极小点(低次多项式的极小点比较容易计算),并以此作为目标函数的近似极小点。如果其近似的程度尚未达到所要求的精度时,可以反复使用此法,逐次拟合,直到满足给定的精度时为止。

常用的插值多项式为二次或三次多项式,分别称为二次插值法和三次插值法。这里我

们主要介绍二次插值法的计算公式。

假定目标函数在初始搜索区间其函数值分别为

中有三点(图1},且满足

、和,

,即满足函数值为两头大

中间小的性质。利用这三点及相应的函数值作一条二次曲线,其函数式

为一个二次多项

(1)

式中、、为待定系数。

图1

根据插值条件,插值函数与原函数在插值结点、、处函数值相等,得

(2)

为求插值多项式的极小点,可令其一阶导数为零,即

(3)

解式(3)即求得插值函数的极小点(4)

式(4)中要确定的系数可在方程组(2)中利用相邻两个方程消去而得:

(5)

(6)

将式(5)、(6)代入式(4)便得插值函数极小值点的计算公式:

(7)

把取作区间内的另一个计算点,比较与两点函数值的大小,在保持

两头大中间小的前提下缩短搜索区间,从而构成新的三点搜索区间,再继续按上述方法进行三点二次插值运算,直到满足规定的精度要求为止,把得到的最后的近似极小值点。上述求极值点的方法称为三点二次插值法。 为便于计算,可将式(7)改写为

作为

(8)

式中:

(9)

(10)

二、迭代过程及算法框图 (1)确定初始插值结点

通常取初始搜索区间计算函数值。

的两端点及中点为,

,,

。、

,构成三个初始插值结点

(2)计算二次插值函数极小点

按式(8)计算第一次插值或

,并将记作点,计算。若本步骤为对初始搜索区间的

点仍为初始给定点时,则进行下一步(3);否则转步骤(4)

(3)缩短搜索区间

缩短搜索区间的原则是:比较函数值此点左右两邻点分别取作新的法则如图2所示,根据原区间中

和和

、,取其小者所对应的点作为新的点,并以。其具体方

,构成缩短后的新搜索区间的相对位置以及函数值

之比较有a、b、

、,

c、d四种情况,图中阴影线部分表示丢去的区间。在对新区间三个新点的代号作依次

的一般化处理后,计算其函数值,并令

返回步骤(2)。

图2(a)

图2(b)

图2(c)


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