Интерполяция сплайнами.


 

Происхождение термина “сплайны” связано с гибкой чертежной линейкой, которой пользовались для рисования гладких кривых, проходящих через заданные точки. Из теории упругости следует, что получающаяся кривая имеет постоянную кривизну и разрывы возникают лишь в третьей производной.

Обычно для сплайна выбирают кубический полином , определенный на интервале х из [xi-1, хi].

При этом вся кривая представляет собой набор таких кубических полиномов, с определенным образом подобранными коэффициентами аi , bi , ci , di , i- параметр сплайна.

! Если вдоль сплайна совершается механическое движение, то непрерывность второй производной предполагает непрерывность ускорения и, следовательно, отсутствие резких изменений приложенной силы.

N+1 узлов

N интервалов


4N неизвестных

 

Условия подбора коэффициентов:

1)условия Лагранжа: , ,

2)непрерывность первой и второй производной в узлах

фi’(xi) = фi+1’(xi); фi”(xi) = фi+1(xi)

3) условия в крайних узлах x0 и xn. Обычно задают условия свободных концов сплайна :

ф1”(x0) = 0, фn”(xn) = 0

Из полученных условий определяются зависимости между коэффициентами сплайнов:

В узле х = хi-1 коэффициент ai = fi-1.

В следующем узле x = xi выполняется условие ai+bihi+cihi2+dihi3 = fi, где элементарный шаг hi = xi – xi-1.

Потребуем непрерывности первой и второй производной на конце интервала

фi/(x) = bi+2ci(x-xi-1)+3di(x-xi-1)2 ,

фi//(x) = 2ci+6di(x-xi-1);

 

В узле x = xi первая производная

фi/(xi) = bi+2cihi+3dihi2 (1)

фi+1//(xi) = bi+1 (2)

Приравнивая (1) и (2), получаем bi +2cihi+3dihi2 = bi+1.

Вторая производная

фi//(xi) = 2ci+6cihi (3)

фi+1//(xi) = 2ci (4)

Приравнивая (3) и (4), получаем в свою очередь ci+3dihi = ci+1. Таким образом стыкуем все полиномы в узлах 1 ≤ i ≤ n-1. В крайних точках диапазона

ф1//(x0) = 2c1 = 0 → c1 = 0

ф1//(xn) = 2cn+6dnhn = 0 → cn +3dnhn = 0

Для всех 0 ≤ in вышеприведенные соотношения представляют собой полную систему 4n линейных алгебраических уравнений относительно коэффициентов сплайнов, которую можно привести к системе ЛАУ, выразив коэффициенты ai, bi, di через ci и решить методом Гаусса или прогонки.

Система N линейных уравнений для коэффициентов сi:

 

для ,

где hi = xi-xi-1

 

После определения коэффициентов ci , 2N коэффициентов bi и di вычисляются по формулам:

,

И N уравнений для ,

 

Сплайновая интерполяция хороша тем, что требует знания в узлах только значений функции, но не ее производных.



Дата добавления: 2021-09-07; просмотров: 330;


Поиск по сайту:

Воспользовавшись поиском можно найти нужную информацию на сайте.

Поделитесь с друзьями:

Считаете данную информацию полезной, тогда расскажите друзьям в соц. сетях.
Poznayka.org - Познайка.Орг - 2016-2024 год. Материал предоставляется для ознакомительных и учебных целей.
Генерация страницы за: 0.01 сек.