Аппроксимационное построение математических моделей по точечным экспериментальным данным методом cut-glue

Автор: Нейдорф Рудольф Анатольевич

Журнал: Advanced Engineering Research (Rostov-on-Don) @vestnik-donstu

Рубрика: Физико-математические науки

Статья в выпуске: 1 (76) т.14, 2014 года.

Бесплатный доступ

Рассматривается решение проблемы описания экспериментально полученных зависимостей. Предложенный автором метод основывается на получении локальных приближений фрагментов данных зависимостей и аддитивном сведении их в единое аналитическое выражение. Такой эффект определяется применением специальных «выделяющих» функций, ограничивающих область ненулевого определения каждой из аппроксимирующих функций. По применяемым принципам аппроксимации метод назван «cut-glue». Наиболее близкий его аналог - сплайн-аппроксимация. Однако метод cut-glue значительно гибче, т. к. не связан ни количеством аппроксимируемых сплайном точек, ни порядком функций, аппроксимирующих участки. Порядок аппроксимирующего полинома или другой аппроксимирующей функции, а также её структура для каждого участка могут быть произвольными. Ещё одно выгодное отличие cut-glue аппроксимации состоит в единой аналитической записи всей кусочной функции вместо задания векторной сплайн-функции громоздкой системой уравнений. Такого эффекта удалось добиться применением аналитической функции, аппроксимирующей и параметрически сколь угодно приближающейся к единичной функции Хевисайда. Приведены результаты аналитического и численного исследования свойств и итогов применения предложенного метода. Они проиллюстрированы практическими примерами приложения метода к практическим задачам, табличными и графическими данными.

Еще

Экспериментальная зависимость, кусочная функция, аппроксимация, мультипликативность, аддитивность, дифференцируемость, аналитическая функция, параметрическое приближение

Короткий адрес: https://sciup.org/14250047

IDR: 14250047   |   УДК: 517.518.843   |   DOI: 10.12737/3503

Approximating mathematical model development according to point experimental data through “cut-glue” method

A solution to the problem on describing experimentally obtained dependences is considered. The author’s method is based upon getting some local approximations of fragments of these relations, and their additive reduction to a single analytical expression. This effect is determined using special “allocating” functions limiting the domain of non-zero definition for each of the approximation functions. The method is called “cut-glue” according to the applied principles. The closest analogue of the proposed method is spline approximation. However, the “cut-glue” method is much more adaptable, as it is bonded to neither the number of spline-approximable points, nor the function order approximating the areas. The order of the polynomial approximant, or another approximating function, as well as its structure for each site, can be arbitrary. Another advantageous difference of “cut-glue” approximation consists in a single analytic notation of the whole piecewise function instead of defining a vector spline-function through a cumbersome system of equations. This effect has been achieved using an analytical function approximating and parametrically arbitrarily approaching the Heaviside step function. The analytical and numerical studies of the properties and the effects of applying the proposed method are resulted. The obtained results are illustrated with the specific technical sample applications of the method to practical problems, tabular and graphical data.

Еще

Список литературы Аппроксимационное построение математических моделей по точечным экспериментальным данным методом cut-glue

  • Куприенко, Н. В. Статистические методы изучения связей. Корреляционно-регрессионный анализ/Н. В. Куприенко, О. А. Пономарева, Д. В. Тихонов. -Санкт-Петербург: Изд-во политехн. ун-та, 2008. -118 с.
  • Нейдорф, Р. А. Эффективная аппроксимация кусочных функций в задачах квазиоптимального по быстродействию управления/Р. А. Нейдорф//Математические методы в технике и технологиях -2000: сб. трудов Междунар. науч. конф. -Санкт-Петербург, 2000. -Т. 2. -C. 18-22.
  • Bates, D.-M. Nonlinear regression analysis and its applications/D.-M. Bates, D.-G. Watts. -New York: John Wiley, 1988. -371 p.
  • Applications of MATLAB in Science and Engineering/Edited by T. Michałowski. -Rijeka: InTech, 2011. -371 p.
  • Чен, К. МАТЛАБ в математических исследованиях/К. Чен, П. Джиблин, А. Ирвинг. -Москва: Мир, 2001. -346 с.
  • Maxfield, B. Essential MATHCAD for Engineering, Science and Math/B. Maxfield. -San Diego: Academic Press; Elsevier, 2009. -490 p.
  • Макаров, Е. Инженерные расчёты в Mathcad 15. Учебный курс/Е. Макаров. -Санкт-Петербург: Питер, 2001. -400 с.
  • STATISTICA. Официальное руководство: в 5 т./StatSoft. -Москва: StatSoft, 2007.
  • Боровиков, В. STATISTICA. Искусство анализа данных на компьютере/В. Боровиков. -2-е изд. -Санкт-Петербург: Питер, 2003. -688 с.
  • Нейдорф, Р. А. Исследование зависимости силы всплывания специализированного аэростата от параметров его движения/Р. А. Нейдорф, Ю. Л. Сигида//Вестник Дон. гос. техн. ун-та. -2013. -№ 3-4 (72-73). -C. 96-103.
  • Stability Analysis of the MAAT Feeder Airship During Ascent and Descent with Wind Disturbances [Electronic resource]/R. Neydorf [et al.]//SAE International. -Available at: http://papers.sae.org/2013-01-2111/(accessed: 04.01.2014).
  • Aerodynamic Characteristics Study and Possible Improvements of MAAT Feeder Airships [Electronic resource]/V. Voloshin [et al.]//SAE International. -Available at: http://papers.sae.org/2013-01-2112/. -7 p. (accessed: 04.01.2014).
  • Дорофеюк, Ю. А. Структурная идентификация сложных объектов управления на базе методов кусочной аппроксимации/Ю. А. Дорофеюк//Управление большими системами. -2010. -№ 30. -С. 79-88.
  • Лоран, П.-Ж. Аппроксимация и оптимизация/П.-Ж. Лоран. -Москва: Мир, 1975. -496 с.
  • Альберг, Дж. Теория сплайнов и её приложения/Дж. Альберг, Э. Нильсон, Дж. Уолш. -Москва: Мир, 1972. -318 с.
  • Ханова, А. А. Интерполяция средствами Mathcad [Электронный ресурс]/А. А. Ханова. -Режим доступа: http://www.exponenta.ru/educat/systemat/hanova/interp/math.asp (дата обращения: 04.01.2014).
  • Смоленский, В. В. Статистические методы обработки экспериментальных данных: учеб. пособие/В. В. Смоленский. -Санкт-Петербург: Санкт-Петербургский государственный горный институт (технический университет), 2003. -101 с.
  • Нейдорф, Р. А. Нелинейное ускорение динамических процессов управления объектами первого порядка с учётом ограниченности воздействий/Р. А. Нейдорф//Управление и диагностика в динамических системах. -Ростов-на-Дону: Изд. центр Дон. гос. техн. ун-та, 1999. -С. 13.
  • Международная стандартная атмосфера [Электронный ресурс]/Академик//Энциклопедия техники. -Режим доступа: http://dic.academic.ru/dic.nsf/enc_tech/2697/(дата обращения: 11.12.2013).
Еще