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三次插值法

鎖定
三次插值法(cubic interpolation method)是一種多項式插值法,逐次以三次曲線φ(t)=a0+a1t+a2t2+a3t3的極小點逼近尋求函數f(t)的極小點的一種方法.具體做法是:設t12,在搜索區間[t1,t2]中以φ(t)擬合f(t),使滿足φ(ti)=f(ti),φ'(ti)=f'(ti), (i=1,2)(此式記為(1)式)對φ(t)求導並令其等於零,求得φ(t)在[t1,t2]中由a0,a1,a2和a3表示的極小點表達式,再由方程組(1)解得a0,a1,a2和a3,將其代入此表達式,便得f(t)的近似極小點,逐次迭代,當φ(t)在近似極小點處的導數值的絕對值小於某給定誤差時,迭代停止.用三次插值法尋求極小點一般比用二次插值法(參見“拋物線插值法”)有更快的收斂速度,但其每一輪迭代的計算量則比二次插值法要大 [1] 
中文名
三次插值法
外文名
cubic interpolation method
所屬學科
數學
簡    介
一種多項式插值法
提出者
Davidon

三次插值法基本介紹

三次插值法是在1959年由Davidon首先提出來的,它是用三次插值多項式
逼近
,而求
的近似最小點的一種迭代算法。
二次多項式逼近法也稱拋物線法,它的原理是利用三個函數值來構造一個二次多項式逼近原來的函數。當函數的導數不難求得時,可以利用兩個點處的函數與導數來構造三次多項式逼近原來的函數。
為了保證極小點在給定區間
的內部,要求函數在a點的右邊下降,而在b點的右邊上升。如果用a、 b兩點的導數表示,即
其幾何意義如圖1所示。
·
圖1 圖1

三次插值法相關分析

設三次多項式的一般形式為
其中
是四個待定係數,它可由a、b兩點的函數值及其一階導數
列出四個方程式,則可求得四個係數值。因為
若步長從a點計算起,即
,由此可得:
又若
,得
聯立解(3)~(6)式得出:
現要求
內的極小點作為原目標函數F(x)的極小點的一個近似,為此要求出方程:
內的根,並根據極小點的充分條件,在此根處應有二階導數大於零,即
式(11)的兩個根
將式(13)代入式(12),得
因為是求極小值,故根前應取正號,變換(13)式為:
時,
,是二次插值的情況;如
,則是三次插值 [2] 
參考資料
  • 1.    數學辭海編輯委員會.數學辭海·第五卷:中國科學技術出版社,2002
  • 2.    張九明.機械優化設計基礎:煤炭工業出版社,1990年11月第1版:第97頁