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如何表示不完整的数学函数?
我需要做类似(x - 常量)
的事情,然后
(x - constant)*(x - another) => (x^2 - x * constant - x * another + constant * another)
等等。
我正在尝试编写一个程序来进行拉格朗日插值(为某些点找到一个函数)所以我需要从一组已知值中创建一个我可以看到的函数(打印或其他东西)。抱歉,如果令人困惑。
最佳答案
如果您想实现所讨论的拉格朗日插值here
那么这是直接翻译成 F#:
let LagrangeInterpol (points : (Double*Double)[]) x =
let indizes = [0..points.Length-1]
let p j =
indizes
|> List.map (fun k ->
if k <> j
then (x - fst points.[k])
/ (fst points.[j] - fst points.[k])
else 1.0)
|> List.fold (*) 1.0
indizes |> List.sumBy (fun j -> p j * snd points.[j])
这是一个简单的测试 session :
> let points = [|0.0,0.0; 1.0,2.0; 2.0,3.0|];;
val points : (float * float) [] = [|(0.0, 0.0); (1.0, 2.0); (2.0, 3.0)|]
> let f = LagrangeInterpol points;;
val f : (Double -> float)
> f 0.0;;
val it : float = 0.0
> f 1.0;;
val it : float = 2.0
> f 2.0;;
val it : float = 3.0
所以我希望我没有犯任何重大错误。
请注意,我没有在此处进行任何性能优化 - 这应该足以绘制图表或获取中间的一些值。
这有点棘手 - 您可以尝试提出系数的组合公式,或者(像我一样)数学上的懒惰,只需使用足够的运算符实现 Polynom-Type:
type Polynom =
Poly of float list with
override p.ToString () =
match p with
| Poly coefs ->
System.String.Join (" + ", coefs |> List.mapi (fun i c -> sprintf "%AX^%d" c i))
static member Const c = Poly [c]
static member Zero = Polynom.Const 0.0
static member One = Polynom.Const 1.0
static member X = Poly [0.0; 1.0]
static member (+) (Poly cs1, Poly cs2) =
let m = max (List.length cs1) (List.length cs2)
List.zip (ofLen m cs1) (ofLen m cs2)
|> List.map (fun (a,b) -> a+b)
|> Poly
static member (-) (Poly cs1, Poly cs2) =
let m = max (List.length cs1) (List.length cs2)
List.zip (ofLen m cs1) (ofLen m cs2)
|> List.map (fun (a,b) -> a-b)
|> Poly
static member (*) (f : float, Poly cs2) : Polynom =
cs2
|> List.map (fun c -> f * c)
|> Poly
static member private shift n (Poly cs) =
List.replicate n 0.0 @ cs |> Poly
static member (*) (Poly cs1, p2 : Polynom) : Polynom =
cs1
|> List.mapi (fun i c -> Polynom.shift i (c * p2))
|> List.sum
static member (/) (Poly cs1, f : float) : Polynom =
cs1
|> List.map (fun c -> c / f)
|> Poly
这里我只是使用一个 float
列表来表示多项式的系数(因此 X^2 + 2X + 3
是 Poly [3.0; 2.0; 1.0]
请注意,第 i
系数是位于 X^i
处的系数。
有了这个,我们就可以使用与以前几乎相同的功能:
let getPolynom (points : (float * float)[]) =
let indizes = [0..points.Length-1]
let p j =
indizes
|> List.map (fun k ->
if k <> j
then (Polynom.X - Polynom.Const (fst points.[k]))
/ (fst points.[j] - fst points.[k])
else Polynom.One)
|> List.fold (*) Polynom.One
indizes |> List.sumBy (fun j -> Polynom.Const (snd points.[j]) * p j)
如您所见,我使用了相同的函数,仅将参数 x
替换为 Polynom.X
并适本地包装了常量。
这里有两个例子(将它们与 Wiki-Page 进行比较,它们应该是正确的):
> LagrangeInterpolation.getPolynom
[|(1.0, 1.0); (2.0, 4.0); (3.0, 9.0)|] |> string;;
val it : string = "0.0X^0 + 0.0X^1 + 1.0X^2"
> LagrangeInterpolation.getPolynom
[| 1.0,1.0; 2.0,8.0; 3.0,27.0 |] |> string;;
val it : string = "6.0X^0 + -11.0X^1 + 6.0X^2"
模块内的完整代码是:
module LagrangeInterpolation =
let private ofLen n cs =
let l = List.length cs
if l < n
then cs @ List.replicate (n-l) 0.0
else cs
type Polynom =
Poly of float list with
override p.ToString () =
match p with
| Poly coefs ->
System.String.Join (" + ", coefs |> List.mapi (fun i c -> sprintf "%AX^%d" c i))
static member Const c = Poly [c]
static member Zero = Polynom.Const 0.0
static member One = Polynom.Const 1.0
static member X = Poly [0.0; 1.0]
static member (+) (Poly cs1, Poly cs2) =
let m = max (List.length cs1) (List.length cs2)
List.zip (ofLen m cs1) (ofLen m cs2)
|> List.map (fun (a,b) -> a+b)
|> Poly
static member (-) (Poly cs1, Poly cs2) =
let m = max (List.length cs1) (List.length cs2)
List.zip (ofLen m cs1) (ofLen m cs2)
|> List.map (fun (a,b) -> a-b)
|> Poly
static member (*) (f : float, Poly cs2) : Polynom =
cs2
|> List.map (fun c -> f * c)
|> Poly
static member private shift n (Poly cs) =
List.replicate n 0.0 @ cs |> Poly
static member (*) (Poly cs1, p2 : Polynom) : Polynom =
cs1
|> List.mapi (fun i c -> Polynom.shift i (c * p2))
|> List.sum
static member (/) (Poly cs1, f : float) : Polynom =
cs1
|> List.map (fun c -> c / f)
|> Poly
let getPolynom (points : (float * float)[]) =
let indizes = [0..points.Length-1]
let p j =
indizes
|> List.map (fun k ->
if k <> j
then (Polynom.X - Polynom.Const (fst points.[k]))
/ (fst points.[j] - fst points.[k])
else Polynom.One)
|> List.fold (*) Polynom.One
indizes |> List.sumBy (fun j -> Polynom.Const (snd points.[j]) * p j)
为了获得更好的输出,您可能应该添加一些简化(例如 Poly [1.0;0.0] -> Poly [1.0]
)并改进 ToString
方法,但我'我确信你能应付;)
关于f# - 获取拉格朗日插值的多项式表示,我们在Stack Overflow上找到一个类似的问题: https://stackoverflow.com/questions/26004204/
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