Наближення таблично заданих функцій з допомогою сплайн-інтерполяції засобами Delphi

Програма здійснює кубічну сплайн-інтерполяцію для заданого довільного набору вузлів і значень функції в них. В основі такого роду інтерполяції лежить ідея поділу інтервалу інтерполяції на невеликі відрізки, на кожному з яких функція задається полінлмом третьої степені. Коефіцієнти кожного з таких поліномів підбираються таким чином, що на кінцях інтервалів забезпечується умова неперервності функції до другої похідної включно. Відмітимо, що саме інтерполяція кубічними сплайнами на відміну від поліноміальної інтерполяції, вважається ефективним і швидким способом наближення таблично заданих функцій. Рішення системи лінійних рівнянь для знаходження коефіцієнтів, що використовуються у формулі сплайна, проводиться за алгоритмом методу прогонки. Також передбачено можливість визначення значення функції в будь-якій точці на заданому інтервалі.

Виходячи з того, що інтерфейс розглядуівного delphi-проекту аналогічний проектам, які ми розглядали для лінійної та квадратичної інтерполяції, розглядати кожен елемент форми та його призначення не будемо, а лише продемонструємо його роботу на конкретному прикладі:

Читати повністю

Знаходження наближеного значення таблично заданої функції використовуючи кубічну сплайн-інтерполяцію

Використання однієї інтерполяційної формули для великого числа вузлів, як у випадку інтерполяційних формул Ньютона чи Лагранжа являється недоцільним. Такий інтерполяційний многочлен сильно проявляє свої коливальні властивості, і його значення між вузлами можуть сильно відрізнятися від значень інтерпольованої функції. Однією з можливостей обійти такий недолік є застосування сплайн-інтерполяції. Ідея сплайн-інтерполяції полягає в побудові поліномів між парами сусідніх вузлів інтерполяції, причому для кожної пари вузлів будується свій поліном. Найпоширеніший у практиці є кубічний сплайн, для побудови якого необхідно побудувати n многочленів третьої степені:

Сплайн-інтерполяція

Для визначення невідомих Сплайн-інтерполяція многочлена (1) необхідно 4n рівняннь. Частина з них, а саме 2n, може бути отримана з умови проходження сплайна через вузли інтерполяції Сплайн інтерполяція:

Сплайн-інтерполяція

де Сплайн-інтерполяція. Науступні (2n-2) рівняння знайдемо з умови неперервності перших і других похідних у вузлах інтерполяції, тобто з умови гладкості кривої в усіх точках. Для цього знайдемо першу і другу похідну тричлена (1):

Читати повністю

Знаходження розв'язку диференціального рівняня методом Рунге-Кутта-Мерсона в середовищі програмування Delphi

Програми написані на мові Borland Delphi і дозволяє вирішувати диференціальні рівняння першого порядку точності, використовуючи для цього метод Рунге-Кутта-Мерсона. Перевагою даного методу є можливість оцінити похибку на кожному кроці інтегрування і в залежності від цього зменшити чи збільшити даний крок. Така можливість дає змогу досягнути заданої точності розв'язку та значно скоротити час рішення диференціального рівняння.

Суть роботи програми доволі проста, за вхідними даними (інтервал інтегрування і крок h) формується масив X[i], і такої ж розмірності масив Y[i], значення елементів якого заповнюються за алгоритмом методу Рунге-Кутта-Мерсона. Також відмітимо, що при роботі з програмою слід враховувати, що точність результату значною мірою залежить від величини кроку інтегрування, тобто чим менший крок h тим більша точність результуючих даних.

Результатом роботи програми є вивід послідовності точок (масив X[i]) та значень функції в них (масив Y[i]), а також побудова відповідного графіка в компоненті TChart.

Читати повністю

Пргорамна реалізація алгоритму квадратичної інтерполяції в середовищі програмування Delphi

Пргорамна реалізація алгоритму квадратичної інтерполяції вимагає вирішення додаткової задачі, яка полягає у знаходженні рішень системи лінійних алгебраїчних рівнянь, розв'язком якої є коефіцієнти інтерполяційного многочлена. В розглядуваному delphi-проекті для цього використовується метод Крамера, який вважається найбільш зручним у реалізації (вимагає обчислення визначника основної матриці системи та додаткових визначників, одержуваних з основної матриці шляхом послідовної заміни її стовпців стовпцем вільних членів). Після знаходження невідомих коефіцієнтів многочлена програма будує графік функції, який ілюструє результат інтерполяції. Також відмітимо, що в проекті передбачино можливість знаходження наближеного значення функції в точці, відміннійн від заданих.

Отже, розглянемо деякий список вузлів інтерполяції і значень функції в них та спробуємо з допомогою даного delphi-проекту побудувати для них графік інтерполяційної функції. Для цього необхідно, в першу чергу, запустити проект на виконання, вказати необхідну розмірність таблиці і заповнити її інтерполяційними даними після чого натиснути кнопку «Інтерполювати».

Читати повністю

Обчислення проміжних значень таблично заданих функцій використовуючи квадратичну інтерполяцію

Кусково-квадратична інтерполяція, на відміну від кусково-лінійної, зводиться до формування для кожного відрізка Квадратична інтерполяція квадратичного тричленаКвадратична інтерполяція, який передбачає з'єднання кожної трійки сусідніх точок відрізком квадратичної параболи.

Квадратична інтерполяція

Кусково-квадратична інтерполяція

Шукати невідомі коефіцієнтів Квадратична інтерполяція тричлена (1) будемо виходячи з умови збігу значень шуканої квадратичної функції з табличними значеннями в трьох заданих точках. Для цього складемо наступну систему рівнянь (визначник системи (2) відмінний від нуля в тому випадку, коли точки Квадратична інтерполяція не лежать на одній прямій):

Читати повністю

Лінійна інтерполяція довільного набору вузлів і значень функції в них в середовищі програмування Delphi

Програма проводить лінійну інтерполяцію для заданого довільного набору вузлів і значень функції в них. Визначається значення функції в будь-якій точці на заданому інтервалі. Рішення системи двох лінійних рівнянь для знаходження коефіцієнтів, що використовуються у формулі лінійної інтерполяції здійснюється за методом підстановок.

Інтерфейс програми, яка реалізує алгоритм

Інтерфейс програми, яка проводить лінійну інтерполяцію для заданого довільного набору фіксованих значень функції

Головне вікно delphi-проекту ділиться на три частини: таблиці вхідних даних, області відведеної на побудову графіка та панелі задач, яка в свою чергу складається з поля «Розміри таблиці» — призначеного для вибору необхідної розмірності таблиці фіксованих значень; кнопки «Інтерполювати» — результатом роботи якої є вивід  результатів у вигляді графіка; кнопки «Обчислити значення функції в точці» — призначена для обчислення наближеного значення функцуії у точці відмінній від заданих.

Читати повністю

Наближення таблично заданої функції з допомогою лінійної інтерполяції

При великій кількості вузлів інтерполяції сильно зростає степінь інтерполяціонних многочленів, що робить їх незручними для обчислень. Уникнути даної проблеми можна розбивши відрізок інтерполяції на кілька частин з побудовою на кожній з них окремого интерполяционного многочлена.

Найпростішим і водночас часто використовуваним видом такого роду інтерполяції, є кусочно-лінійна інтерполяція. Вона полягає в тому, що задані точки Лінійна інтерполяція з'єднуються прямолінійними відрізками, а функція Лінійна інтерполяція наближається до ламаної з вершинами в даних точках.

Лінійна інтерполяція

Лінійна інтерполяція

Читати повністю