拉格朗日插值法(Lagrange Interpolation)是一种常用的多项式插值方法,目的是通过给定的一组数据点,构造出一个通过所有这些数据点的多项式。简单来说,拉格朗日插值法帮助我们找到一个多项式,能够在数据点之间“插值”,即通过已知的数据点,推测出数据点之间的值。
拉格朗日插值法的基本思想:
假设我们有 ( n+1 ) 个已知数据点 ( (x_0, y_0), (x_1, y_1), (x_n, y_n) ),目标是找到一个多项式 ( P(x) ),使得:
P ( x i ) = y i 对于所有的 i = 0 , 1 , … , n P(x_i) = y_i \quad \text{对于所有的} \quad i = 0, 1, \dots, n P(xi)=yi对于所有的i=0,1,…,n
换句话说,( P(x) ) 是通过每一个数据点的多项式。
拉格朗日插值多项式的公式:
拉格朗日插值多项式的表达式如下:
P ( x ) = ∑ i = 0 n y i ⋅ L i ( x ) P(x) = \sum_{i=0}^{n} y_i \cdot L_i(x) P(x)=∑i=0nyi⋅Li(x)
其中,( L_i(x) ) 是拉格朗日基函数,定义为:
L i ( x ) = ∏ 0 ≤ j ≤ n j ≠ i x − x j x i − x j L_i(x) = \prod_{\substack{0 \leq j \leq n \\ j \neq i}} \frac{x - x_j}{x_i - x_j} Li(x)=∏0≤j≤nj=ixi−x