Transcript funkcja

Dane do obliczeń
Korzystanie z tabel danych
• Tablice w formacie swobodnym: podobne
do macierzy lecz z możliwością
dynamicznej zmiany ilości wierszy i
kolumn
– Menu: Insert/Component/Input Table
Korzystanie z tabel danych
Korzystanie z tabel danych
• Zewnętrzne pliki z danymi, pliki w
formatach rozpoznawalnych przez
MathCADa (text, MatLab, QuattroPro,
Lotus123, dBaseIII)
– Menu: Insert/Component/File Read or Write
Korzystanie z tabel danych
Korzystanie z tabel danych
• Arkusze Excela, umożliwiają operacje
dostępne w Excelu. Należy podać zakres
komórek, w których mieszczą się dane
wyjściowe.
– Zakresów może być kilka
– Każdy zakres to osobna zmienna
– Wszystkie zmienne tworzą wektor, który
wypełnia się nazwami zmiennych
– Wywołanie zmiennych jak dla zmiennych
wektorowych lub macierzowych
– Zawartość może być zarówno liczbą jak i
tekstem
Wektor zmiennych
Analiza danych
Aproksymacja danych
definicja
• Aproksymacja jest działem analizy
numerycznej zajmującym się najbardziej
ogólnymi zagadnieniami przybliżania
funkcji, polegającymi na wyznaczaniu dla
danej funkcji f(x) takich funkcji F(x), które
w określonym sensie najlepiej przybliżają
funkcję f(x).
zastosowanie
• gdy funkcja f(x) jest zdefiniowana bardzo
skomplikowanym wzorem
• gdy funkcja f(x) określona jest na dyskretnym
zbiorze argumentów i znana jest postać funkcji
aproksymującej otrzymuje się zależność ciągłą.
Określa się tylko wartości liczbowe parametrów,
przy których przybliżenie danej funkcji jest
najlepsze
– wyznaczanie parametrów na podstawie danych
doświadczalnych
rodzaje
• aproksymacja interpolacyjna
• aproksymacja jednostajna
• aproksymacja średniokwadratowa
aproksymacja interpolacyjna
• żąda się spełnienia warunku, aby funkcja
dana f(x) i funkcja szukana F(x)
przyjmowały dokładnie te same wartości na
zbiorze z góry ustalonych punktów
węzłowych. Czasem uzupełnia się
warunkiem równości pochodnych w
węzłach (jeżeli wartości pochodnych
zostaną zadane).
aproksymacja interpolacyjna
3.112
4
2
f ( x)
y ( v)
0
2
 3.232
f ( x)
2
ln  x  1   sin ( 2x)
4
2
 3
0
2
x v
4
6
7
aproksymacja jednostajna
• funkcję f(x) przybliżamy taką funkcją F(x)
w całym przedziale [a,b], że maksymalne
odchylenie osiąga minimum
aproksymacja
średniokwadratowa
• funkcja aproksymująca wyznaczana jest z
warunku, aby wartość wyrażenia
b
E   F x   f x  dx  min
2
a
była możliwie najmniejsza. Geometrycznie
warunek ten wyraża żądanie, aby pole
powierzchni między liniami reprezentującymi
funkcję było najmniejsze
• Przy znanej postaci funkcji aproksymującej
wartość E jest funkcją parametrów tej funkcji
aproksymacja
średniokwadratowa
• W przypadku dyskretnego zbioru
argumentów funkcja celu przyjmuje postać:
E   F xi   f xi   min
2
i
Jawna aproksymacja
średniokwadratowa w MathCADzie
• Dzięki procedurze:
minimize(funkcja, p1, p2,...)
można tak dobrać szukane parametry funkcji
aproksymującej aby zminimalizować sumę
kwadratów odchyleń miedzy wartościami
stabelaryzowanymi a obliczonymi z funkcji.
funkcja – to funkcja obliczająca sumę kwadratów
odchyłek miedzy wartościami danymi w zbiorze i
obliczonymi funkcja aproksymującą.
Argumentami są parametry funkcji
aproksymującej
•
Algorytm:
1. Utworzenie funkcji dopasowującej. Argumentami są
zmienna niezależna oraz szukane parametry
2. Nadanie licznikowi wartości z zakresu od 0 do ilość
punktów danych w zbiorze –1
–
Ilość danych w zbiorze można uzyskać stosując funkcję
length, której argumentem jest dowolna kolumna danych
3. Utworzenie funkcji obliczającej sumę kwadratów
odchyłek między doświadczeniem a wartościami
obliczonymi z funkcji. Zmiennymi utworzonej
funkcji są parametry funkcji aproksymującej
4. Założenie startowych wartości parametrów
5. Wykonanie procedury Minimize na utworzonej
funkcji i parametrach.
Analiza danych
• Dowolna funkcja o parametrach
wyznaczonych narzędziem genfit:
c:=genfit(X, Y, c0, F)
– c0 – startowy wektor szukanych parametrów
funkcji
– c - wektor szukanych parametrów
– F – funkcja wektorowa zmiennej niezależnej i
wektora c, składająca się szukanej funkcji oraz
jej pochodnych po parametrach
– X – zmienne niezależne ze zbioru danych
– Y – zmienne zależne ze zbioru danych
Analiza danych
•
Aproksymacja wielomianem:
–
–
aproksymacja średniokwadratowa
składnia Z:= Regress(X, Y, s)
•
•
•
•
X wektor zmiennych niezależnych
Y wektor zmiennych zależnych
s – stopień wielomianu
Wynikiem jest wektor Z, którego s+1 ostatnich
elementów to parametry wielomianu
Analiza danych
• Kubiczna funkcja sklejana (Cubic Spline)
– aproksymacja interpolacyjna
– składnia Z:=lspline(X, Y)
– Wynikiem jest wektor Z, parametrów funkcji
sklejanej
– Funkcja wymaga posortowania danych
W:=csort(W,i), W – macierz danych, i – nr
kolumny porządkującej
Analiza danych
•
Funkcja interpretująca równanie interp
uwalnia od konieczności pisania równania:
F(x):=interp(Z, X, Y, x)
odpowiada np. Y(x):=Z4+Z5x+Z6x2
(przy Z wyznaczonym procedurą regress)
–
–
–
Z – wektor znaleziony przez procedurę
aproksymującą
X, Y – wektory zmiennych zależnych i
niezależnych ze zbioru danych
x – zmienna niezależna
Można całkować
Można różniczkować