从 R 中的插值样条获取多项式系数



我有一组测量值,我想使用三次样条在R中插值。由于这些只是分段多项式,我随后想代数地整合插值函数。因此,我需要系数。有没有办法获得这些?
调用splines::interpSpline(foo, bar)$coef似乎不会返回实际的多项式系数。

> splines::interpSpline(x,y)$coef 的输出给出了 x(i) 和 x(i+1) 之间部分的多项式系数,即 (x-x(i)) 的幂,而不是 x 的幂。这是有道理的,因为得到的系数大小合理,更容易解释:例如,每个常数项只是y(i),二次系数给出x(i)处的凹度,依此类推。

例如,此输出

> x <- c(1,3,6,9)
> y <- c(3,1,4,1)
> splines::interpSpline(x,y)$coef
     [,1]        [,2]       [,3]        [,4]
[1,]    3 -1.54054054  0.0000000  0.13513514
[2,]    1  0.08108108  0.8108108 -0.16816817
[3,]    4  0.40540541 -0.7027027  0.07807808
[4,]    1 -1.70270270  0.0000000  0.00000000

意味着

  • 在区间 [1,3] 上,多项式3 - 1.54054054*(x-1) + 0.13513514*(x-1)^3
  • 在区间 [3,6] 上,多项式1 + 0.08108108*(x-3) + 0.8108108*(x-3)^2 - 0.16816817*(x-3)^3
  • 在区间 [6,9] 上,多项式4 + 0.40540541*(x-6) - 0.7027027*(x-6)^2 + 0.07807808*(x-6)^3

我没有看到最后一行的用法,它描述了样条曲线在 x=9(数据的右端点)之后的线性延续。

积分这些并不比积分x的幂更困难,但是如果目标是获得连续的反导数,当然需要选择积分常数。多项式形式的选择使得处理积分常数变得更加容易。假设我们选择在左端点值为 0 的反导数,其余如下:

  • 在区间 [1,3] 上,反导数3*(x-1) - 1.54054054*(x-1)^2/2 + 0.13513514*(x-1)^4/4
  • 在区间 [3,6] 上,反导数为 C1 + 1*(x-3) + 0.08108108*(x-3)^2/2 + 0.8108108*(x-3)^3/3 - 0.16816817*(x-3)^4/4 。这里 C1 是前一个反导数在 x=3 时的值。
  • 在区间 [6,9] 上,反导数为 C2 + 4*(x-6) + 0.40540541*(x-6)^2/2 - 0.7027027*(x-6)^3/3 + 0.07807808*(x-6)^4/4 。这里 C2 是前一个反导数在 x=6 时的值。

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