拉格朗日插值

Posted Kaiser

tags:

篇首语:本文由小常识网(cha138.com)小编为大家整理,主要介绍了拉格朗日插值相关的知识,希望对你有一定的参考价值。

一,介绍

  学过FFT的人都应该知道什么叫做插值,插值的意思就是说将一个多项式从点值表达转变成系数表达。

  在FFT的插值中为什么可以做到n log n,是因为单位复数根的关系。

  那对于普通的插值应该怎么办呢?解方程是一种方法,但是这个在计算机中十分不现实。

  所以有许多种插值的方法,其中比较普及的就是拉格朗日插值。

二,定义

 

   对某个多项式函数,已知有给定的k + 1个取值点:

 

技术分享图片

 

   其中技术分享图片对应着自变量的位置,而技术分享图片对应着函数在这个位置的取值。

 

   假设任意两个不同的xj都互不相同,那么应用拉格朗日插值公式所得到的拉格朗日插值多项式为:

 

技术分享图片

 

   其中每个技术分享图片为拉格朗日基本多项式(或称插值基函数),其表达式为:

 

技术分享图片[3]

 

   拉格朗日基本多项式技术分享图片的特点是在技术分享图片上取值为1,在其它的点技术分享图片上取值为0。

三,例子

   假设有某个二次多项式函数技术分享图片,已知它在三个点上的取值为:

   技术分享图片    技术分享图片   技术分享图片

   要求技术分享图片的值。

   首先写出每个拉格朗日基本多项式:

技术分享图片
技术分享图片
技术分享图片

   然后应用拉格朗日插值法,就可以得到技术分享图片的表达式(技术分享图片为函数技术分享图片的插值函数):

技术分享图片
技术分享图片
技术分享图片

   此时代入数值技术分享图片就可以求出所需之值:技术分享图片

四,证明唯一性

  就是说n+1个点对应的n次多项式只有一个,这个需要证明,但是一般都会直接当成结论,所以不需要去记忆。

五,优点和缺点

  拉格朗日插值法的公式结构整齐紧凑,在理论分析中十分方便,然而在计算中,当插值点增加或减少一个时,所对应的基本多项式就需要全部重新计算,

  于是整个公式都会变化,非常繁琐[5]。这时可以用重心拉格朗日插值法或牛顿插值法来代替。此外,当插值点比较多的时候,拉格朗日插值多项式的次数

  可能会很高,因此具有数值不稳定的特点,也就是说尽管在已知的几个点取到给定的数值,但在附近却会和“实际上”的值之间有很大的偏差(如右下图)[6]

  这类现象也被称为龙格现象,解决的办法是分段用较低次数的插值多项式。

 

以上是关于拉格朗日插值的主要内容,如果未能解决你的问题,请参考以下文章

拉格朗日插值公式

拉格朗日插值法理论误差怎么得的

拉格朗日插值法求2的平方根

拉格朗日插值与牛顿插值

拉格朗日插值法

拉格朗日(Lagrange)插值算法