拉格朗日插值算法简介及其C++实现

一、拉格朗日插值法

是以法国十八世纪数学家约瑟夫·路易斯·拉格朗日命名的一种多项式插值方法。许多实际问题中都用函数来表示某种内在联系或规律，而不少函数都只能通过实验和观测来了解。如对实践中的某个物理量进行观测，在若干个不同的地方得到相应的观测值，拉格朗日插值法可以找到一个多项式，其恰好在各个观测的点取到观测到的值。这样的多项式称为拉格朗日（插值）多项式。

二、Lagrange基本公式：

拉格朗日插值公式，设，y=f(x)，且x_i< x < x_i+1，i=0，1，…，n-1，有：

     

Lagrange插值公式计算时，其x取值可以不等间隔。由于y=f(x)所描述的曲线通过所有取值点，因此，对有噪声的数据，此方法不可取。

一般来说，对于次数较高的插值多项式，在插值区间的中间，插值多项式能较好地逼近函数y=f(x)，但在远离中间部分时，插值多项式与y=f(x)的差异就比较大，越靠近端点，其逼近效果就越差。

三、C++实现

#include <iostream>
#include <conio.h>
#include <malloc.h>

double lagrange(double *x,double *y,double xx,int n)/*拉格朗日插值算法*/
{
int i,j;
double *a,yy=0.0;/*a作为临时变量，记录拉格朗日插值多项式*/
a=(double *)malloc(n*sizeof(double));
for(i=0;i<=n-1;i++)
{
a[i]=y[i];
for(j=0;j<=n-1;j++)
if(j!=i) a[i]*=(xx-x[j])/(x[i]-x[j]);
yy+=a[i];
}
free(a);
return yy;
}
/////////////////////////////////////////////////////////////////////////
int main()
{ 
int i;
int n;
double x[20],y[20],xx,yy;
printf("Input n:");
scanf("%d",&n);
if(n>=20)
{
printf("Error!The value of n must in (0,20)."); 
getch();
return 1;
}
if(n<=0)
{
printf("Error! The value of n must in (0,20)."); 
getch();
return 1;
}
for(i=0;i<=n-1;i++)
{
printf("x[%d]:",i);
scanf("%lf",&x[i]);
}

printf("\n");
for(i=0;i<=n-1;i++) 
{
printf("y[%d]:",i);
scanf("%lf",&y[i]);
}
printf("\n");
printf("Input?xx:");
scanf("%lf",&xx);
yy=lagrange(x,y,xx,n);
printf("x=%.13f,y=%.13f\n",xx,yy);
getch();
}