為什麼在用辛普森做定積分的時候用二次函式擬合目標函式?

時間 2021-05-30 22:49:35

1樓:half

取等間距的四個點,使用三次函式擬合稱為辛普森3/8公式(大概是因為公式最前面的常係數是3/8)。然而其代數精度和二次的辛普森公式一樣為3(即若被積函式的最高次數小於等於3,公式能給出完全精確的結果),誤差也並沒有顯著縮小,不值得花額外的複雜度。

2樓:yang元祐

1.低次的話就退化為梯形公式,梯形公式的代數精度不夠。

2.高次的話,捨入誤差太大,而且計算量較大。此外,我們知道差值多項式如果是高次多項式,將會帶來龍格現象,導致數值穩定性較差。

3樓:

謝沒人邀。

辛普森積分法選擇二次函式的原因是,綜合考量了時間與精確度。

如果採用一次函式(梯形積分),會造成精度不夠。

如果採用更多次的函式,會造成時間耗費很大。

我們分析取次函式的耗時。首先我們要在原函式上取個取值點,然後算出這個取值(設計算每個點的取值用時),在這裡耗時.

然後我們要把這些值用多項式來擬合。常用的拉格朗日插值法,這一步複雜度.

然後我們要計算這個多項式在左端點、右端點的取值。用霍納法則,複雜度.

所以最後,對乙個區間進行辛普森積分的時間複雜度就是.

這個複雜度是什麼情況呢?我們假設要積分的東西是,用泰勒展開,假設只迭代次,即.所以,在這個例子下,積分每一段的時間複雜度是.

它的增長是這樣:

所以可以看到,增加多項式的次數是一件非常吃力不討好的事情。當你選擇100次的多項式進行擬合的時候,耗時已經暴漲到每次積分,要進行10000多次計算。

然而實際情況表明,使用二次函式的辛普森積分具有很好的精確性……

另外,辛普森積分法有乙個加強版——自適應辛普森積分法。關於這方面的知識,可以看一看我的部落格:數值積分演算法 · blue's Blog

我也是智障oier乙個……一起學習吧。

感謝 @馬同學 普及泰勒展開的知識:如何通俗地解釋泰勒公式? - 數學

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