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📁 一个不错的matlab工程实际问题的解决方法
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<HTML>

<HEAD>

<TITLE>  一维内插 </TITLE>

</HEAD>



<BODY BACKGROUND="bg0000.gif" tppabs="http://166.111.167.223/computer/cai/matlabjc/img/bg0000.gif">

<FONT COLOR="#0000FF">

<H1>7.1.1  一维内插</H1>

</FONT>

<HR>



<P>

线性内插是假设在二个已知数据中的变化为线性关系,因此可由已知二点的座标(<I>a, b</I>)去计算通过这二点的

斜线,公式如下:

<P>

 <IMG SRC="img00006-3.gif" tppabs="http://166.111.167.223/computer/cai/matlabjc/img7/img00006.gif">

<P>

其中<FONT FACE="Times New Roman"> <I>a&lt;b&lt;c</I> </FONT>在上式的<FONT FACE="Times New Roman">

<I>b</I> </FONT>点即是代表要内插的点,<I><FONT FACE="Times New Roman">f(b)</FONT></I><FONT FACE="Times New Roman">

</FONT>则是要计算的内插函数值。下图即是一个以二种内插

法的比较

<P>

\<FONT FACE="Times New Roman">pcxfile[12cm,5cm]{fig9_1.pcx}</FONT>

<P>

\caption{线性式与 spline 函数的曲线契合}<BR>

<P>

线性内插是最简单的内插方法,但其适用范围很小;如果原来数据的函数<I>f</I>有极大的变化,假设其数据点之

间为线性变化并不合理。所以我们可以用二次、三次方程式或是另一种称为spline函数来近似原来数据的函

数。MATLAB的一维内插函数是<FONT COLOR=#FF0000>interp1</FONT>,其语法为<FONT COLOR=#FF0000>interp1(x,y,xi)</FONT>,<FONT COLOR=#FF0000>interp1(x,y,xi,'method')</FONT>;其中的<FONT COLOR=#FF0000>x</FONT>,<FONT COLOR=#FF0000>y</FONT>是原已知的

数据的<I>x,y</I>值,而<FONT COLOR=#FF0000>xi</FONT>则是要内插的数据点,另外<FONT COLOR=#FF0000>method</FONT>可以设定内插方法有

<FONT COLOR=#FF0000>linear</FONT>,<FONT COLOR=#FF0000>cubic</FONT>,<FONT COLOR=#FF0000>spline</FONT>,分别是一次、三

次方程式和spline函数,其中预设方法是<FONT COLOR=#FF0000>linear</FONT>。如果数据的变化较大,以

<FONT COLOR=#FF0000>spline</FONT>函数内插所形成的曲线最平滑

,所以效果最好。而三次方程式所得到的内插曲线平滑度,则介于线性与<FONT COLOR=#FF0000>spline</FONT>函数之间。<BR>

<P>

我们以下面的例子说明。假设有一个汽车引擎在定转速下,温度与时间(单位为sec)的三次量测值如下<P>

<TABLE BORDER=1>

<TR><TD WIDTH=66><CENTER>time</CENTER></TD><TD WIDTH=72><CENTER>temp1</CENTER>

</TD><TD WIDTH=80><CENTER>temp2</CENTER></TD><TD WIDTH=72><CENTER>temp3</CENTER>

</TD></TR>

<TR><TD WIDTH=66><CENTER>0</CENTER></TD><TD WIDTH=72><CENTER>0</CENTER>

</TD><TD WIDTH=80><CENTER>0</CENTER></TD><TD WIDTH=72><CENTER>0</CENTER>

</TD></TR>

<TR><TD WIDTH=66><CENTER>1</CENTER></TD><TD WIDTH=72><CENTER>20</CENTER>

</TD><TD WIDTH=80><CENTER>110</CENTER></TD><TD WIDTH=72><CENTER>176</CENTER>

</TD></TR>

<TR><TD WIDTH=66><CENTER>2</CENTER></TD><TD WIDTH=72><CENTER>60</CENTER>

</TD><TD WIDTH=80><CENTER>180</CENTER></TD><TD WIDTH=72><CENTER>220</CENTER>

</TD></TR>

<TR><TD WIDTH=66><CENTER>3</CENTER></TD><TD WIDTH=72><CENTER>68</CENTER>

</TD><TD WIDTH=80><CENTER>240</CENTER></TD><TD WIDTH=72><CENTER>349</CENTER>

</TD></TR>

<TR><TD WIDTH=66><CENTER>4</CENTER></TD><TD WIDTH=72><CENTER>77</CENTER>

</TD><TD WIDTH=80><CENTER>310</CENTER></TD><TD WIDTH=72><CENTER>450</CENTER>

</TD></TR>

<TR><TD WIDTH=66><CENTER>5</CENTER></TD><TD WIDTH=72><CENTER>110</CENTER>

</TD><TD WIDTH=80><CENTER>405</CENTER></TD><TD WIDTH=72><CENTER>503</CENTER>

</TD></TR>

</TABLE>

<P>

其中温度的数据从<FONT FACE="Times New Roman"> 20<SUP>o</SUP>C</FONT>变化到<FONT FACE="Times New Roman">

503<SUP>o</SUP>C</FONT>,如果要估计在<FONT FACE="Times New Roman">t=2.6,

4.9 sec </FONT>的温度,可以下列指令计算

<P>

<FONT COLOR=#FF0000 FACE="Times New Roman">&gt;&gt; x=[0 1 2 3

4 5]';    % </FONT><FONT COLOR=#FF0000>键入时间</FONT>

<P>

<FONT COLOR=#FF0000 FACE="Times New Roman">&gt;&gt; y=[0 20 60

68 77 110]';  % </FONT><FONT COLOR=#FF0000>键入第一组时间</FONT>

<P>

<FONT COLOR=#FF0000 FACE="Times New Roman">&gt;&gt; y1=interp1(x,y,2.6)

  % </FONT><FONT COLOR=#FF0000>要内插的数据点为</FONT><FONT COLOR=#FF0000 FACE="Times New Roman">

2.6</FONT>

<P>

<FONT COLOR=#FF0000 FACE="Times New Roman">y1 =       % </FONT><FONT COLOR=#FF0000>对应</FONT><FONT COLOR=#FF0000 FACE="Times New Roman">

2.6 </FONT><FONT COLOR=#FF0000>的函数值为</FONT><FONT COLOR=#FF0000 FACE="Times New Roman">

64.8</FONT>

<P>

<FONT COLOR=#FF0000 FACE="Times New Roman">    64.8</FONT>

<P>

<FONT COLOR=#FF0000 FACE="Times New Roman">&gt;&gt; y1=interp1(x,y,[2.6

4.9])  % </FONT><FONT COLOR=#FF0000>内插数据点为</FONT><FONT COLOR=#FF0000 FACE="Times New Roman">

2.6, 4.9</FONT><FONT COLOR=#FF0000>,注意用</FONT><FONT COLOR=#FF0000 FACE="Times New Roman">[

]</FONT><FONT COLOR=#FF0000>将多个内插点放在其中</FONT>

<P>

<FONT COLOR=#FF0000 FACE="Times New Roman">y1 =       </FONT>

<P>

<FONT COLOR=#FF0000 FACE="Times New Roman">    64.8</FONT>

<P>

<FONT COLOR=#FF0000 FACE="Times New Roman">    106.7 </FONT>

<P>

<FONT COLOR=#FF0000 FACE="Times New Roman">&gt;&gt; y1=interp1(x,y,2.6,'cubic')

 % </FONT><FONT COLOR=#FF0000>以三次方程式对数据点</FONT><FONT COLOR=#FF0000 FACE="Times New Roman">

2.6 </FONT><FONT COLOR=#FF0000>作内插</FONT>

<P>

<FONT COLOR=#FF0000 FACE="Times New Roman">y1 =       % </FONT><FONT COLOR=#FF0000>对应</FONT><FONT COLOR=#FF0000 FACE="Times New Roman">

2.6 </FONT><FONT COLOR=#FF0000>的函数值为</FONT><FONT COLOR=#FF0000 FACE="Times New Roman">

66.264</FONT>

<P>

<FONT COLOR=#FF0000 FACE="Times New Roman">    66.264</FONT>

<P>

<FONT COLOR=#FF0000 FACE="Times New Roman">&gt;&gt; y1=interp1(x,y,2.6,'spline')

 % </FONT><FONT COLOR=#FF0000>以</FONT><FONT COLOR=#FF0000 FACE="Times New Roman">spline</FONT><FONT COLOR=#FF0000>函数对数据点</FONT><FONT COLOR=#FF0000 FACE="Times New Roman">

2.6 </FONT><FONT COLOR=#FF0000>作内插</FONT>

<P>

<FONT COLOR=#FF0000 FACE="Times New Roman">y1 =       % </FONT><FONT COLOR=#FF0000>对应</FONT><FONT COLOR=#FF0000 FACE="Times New Roman">

2.6 </FONT><FONT COLOR=#FF0000>的函数值为</FONT><FONT COLOR=#FF0000 FACE="Times New Roman">

66.368</FONT>

<P>

<FONT COLOR=#FF0000 FACE="Times New Roman">    66.368<BR>

</FONT>

<P>

以下的例子还配合绘图功能,用以比较不同内插方法的差异。

<P>

<FONT COLOR=#FF0000 FACE="Times New Roman">&gt;&gt; h=1:12;</FONT>

<P>

<FONT COLOR=#FF0000 FACE="Times New Roman">&gt;&gt; temp=[5 8

9 15 25 29 31 30 22 25 27 24];  % </FONT><FONT COLOR=#FF0000>这组温度数据变化较大</FONT>

<P>

<FONT COLOR=#FF0000 FACE="Times New Roman">&gt;&gt; plot(h,temp,'--',h,temp,'+')

     % </FONT><FONT COLOR=#FF0000>将线性内插结果绘图</FONT>

<P>

<FONT COLOR=#FF0000 FACE="Times New Roman">&gt;&gt; h_3=1:0.1:12

       % </FONT><FONT COLOR=#FF0000>要每</FONT><FONT COLOR=#FF0000 FACE="Times New Roman">0.1</FONT><FONT COLOR=#FF0000>小时估计一次温度值</FONT>

<P>

<FONT COLOR=#FF0000 FACE="Times New Roman">&gt;&gt; t_3=interp1(h,temp,h_3,'cubic')

    % </FONT><FONT COLOR=#FF0000>以三次方程式做内插</FONT>

<P>

<FONT COLOR=#FF0000 FACE="Times New Roman">&gt;&gt; t_s=interp1(h,temp,h_3,'spline')

    % </FONT><FONT COLOR=#FF0000>以</FONT><FONT COLOR=#FF0000 FACE="Times New Roman">spline</FONT><FONT COLOR=#FF0000>函数做内插</FONT>

<P>

<FONT COLOR=#FF0000 FACE="Times New Roman">&gt;&gt; hold on</FONT>

<P>

<FONT COLOR=#FF0000 FACE="Times New Roman">&gt;&gt; subplot(1,2,1)</FONT>

<P>

<FONT COLOR=#FF0000 FACE="Times New Roman">&gt;&gt; plot(h,temp,'--',h,temp,'+',h_3,t_3)

   % </FONT><FONT COLOR=#FF0000>将线性及三次方程式内插绘图</FONT>

<P>

<FONT COLOR=#FF0000 FACE="Times New Roman">&gt;&gt; subplot(1,2,2)</FONT>

<P>

<FONT COLOR=#FF0000 FACE="Times New Roman">&gt;&gt; plot(h,temp,'--',h,temp,'+',h_3,t_s)

   % </FONT><FONT COLOR=#FF0000>将线性方程式及</FONT><FONT COLOR=#FF0000 FACE="Times New Roman">spline</FONT><FONT COLOR=#FF0000>内插绘图</FONT>

<P>

<FONT COLOR=#FF0000 FACE="Times New Roman">&gt;&gt; hold off<BR>

</FONT><HR>

<A HREF="ch7_1.htm" tppabs="http://166.111.167.223/computer/cai/matlabjc/ch7_1.htm"><IMG SRC="lastpage.gif" tppabs="http://166.111.167.223/computer/cai/matlabjc/img/lastpage.gif" BORDER=0></A>

<A HREF="ch7_1_2.htm" tppabs="http://166.111.167.223/computer/cai/matlabjc/ch7_1_2.htm"><IMG SRC="nextpage-1.gif" tppabs="http://166.111.167.223/computer/cai/matlabjc/img/nextpage.gif" BORDER=0 HSPACE=10></A>

<A HREF="index.html" tppabs="http://166.111.167.223/computer/cai/matlabjc/index.html"><IMG SRC="outline-1.gif" tppabs="http://166.111.167.223/computer/cai/matlabjc/img/outline.gif" BORDER=0 HSPACE=6></A><BR>

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</BODY>

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