计算方法实验（一）：拉格朗日插值多项式

拉格朗日插值数学原理

给定平面上$n+1$个不同的数据点$(x_k,f(x_k))$，$k=0,1,\cdots ,n$，$x_i\ne x_j$，$i\ne j$；则满足条件

$$P_n\left(x_k\right)=f\left(x_k\right),k=0,1,\cdots ,n$$

的$n$次拉格朗日插值多项式

$$P_n(x)=\sum _{k=0}^{n}f(x_k)l_k(x)$$

是存在唯一的。若$x_k\in [a,b],k=0,1,\cdots ,n$，且函数$f(x)$充分光滑，则当$x\in [a,b]$时，有误差估计式

$$f\left(x\right)-P_n\left(x\right)=\frac{f^{\left(n+1\right)}\left(\xi \right)}{\left(n+1\right)!}\left(x-x_0\right)\left(x-x_1\right)\cdots \left(x-x_n\right),\xi \in [a,b]$$

程序设计

核心代码

    double x, y = 0.0;
    scanf("%lf", &x);
    double a[N + 1], b[N + 1];
    int n = 0;
    while (scanf("%lf%lf", &a[n], &b[n]) >= 2) n++;
    n--;
    for (int k = 0; k <= n; k++) {
        double l = 1.0;
        for (int j = 0; j <= n; j++) {
            if (j != k) l *= (x - a[j]) / (a[k] - a[j]);
        }
        y += l * b[k];
    }
	printf("x = %.3lf\ny = %.3lf", x, y);

• 多个n多个x测试时怎么办呢？

作为真正的程序员！一定要会设计框架！！！！！！！

so 我设计了这么一个Lagrange测试框架 只要修改参数即可！！！！

框架示例

可以修改：

• n的数量
• x的数量
• 最大的n值
• 若干n的值
• 若干x的值
• 左右区间值
• 插值点取值方法X()
• y计算方法Y()

#include 
#include 
#define N1 3   // n amount
#define N2 4   // x amount
#define N3 20  // n max

int Ns[N1] = {5, 10, 20};
double x[N2] = {-0.95, -0.05, 0.05, 0.95};
double l = -1.0;
double r = 1.0;

double X(int k, int n) {
    double h = (r - l) / n;
    return l + k * h;
}

double Y(double x) { return 1 / (1 + x * x); }

int main() {
    for (int i = 0; i < N2; i++) printf("\tx=%.2lf", x[i]);
    printf("\n");
    for (int i = 0; i < N1; i++) {
        double a[N3 + 1], b[N3 + 1];
        int n = Ns[i];
        for (int k = 0; k <= n; k++) {
            a[k] = X(k, n);  // x
            b[k] = Y(a[k]);  // y
        }
        printf("n=%d", n);
        for (int p = 0; p < N2; p++) {
            double y = 0.0;
            for (int k = 0; k <= n; k++) {
                double l = 1.0;
                for (int j = 0; j <= n; j++) {
                    if (j != k) l *= (x[p] - a[j]) / (a[k] - a[j]);
                }
                y += l * b[k];
            }
            printf("\t%.6lf", y);
        }
        printf("\n");
    }
    printf("Actual");
    for (int p = 0; p < N2; p++) printf("\t%.6lf", Y(x[p]));
    return 0;
}

输出
x=0.75 x=1.75 x=2.75 x=3.75 x=4.75
n=5 0.528974 0.373325 0.153733 -0.025954 -0.015738
n=10 0.678990 0.190580 0.215592 -0.231462 1.923631
n=20 0.636755 0.238446 0.080660 -0.447052 -39.952449
Actual 0.640000 0.246154 0.116788 0.066390 0.042440

还没完！！！！！！得出的数据直接复制到Word里，全选+点击“转换文本为表格”即可立刻变成表格！！！！！

• 逗号分隔，导出.csv文件，用excel打开复制……那也行？？？

详细报告