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3次スプライン曲線フィット

C言語によるサンプルソースコード
使用関数名:nag_1d_spline_fit (e02bec)

Keyword: 3次, スプライン, フィット

概要

本サンプルは3次スプライン曲線フィットを行うC言語によるサンプルプログラムです。 本サンプルは以下に示されるデータについてスプライン曲線フィットを行い、ノットの値とBスプライン係数を求めて出力します。

双3次スプラインフィットのデータ 

※本サンプルはNAG Cライブラリに含まれる関数 nag_1d_spline_fit() のExampleコードです。本サンプル及び関数の詳細情報は nag_1d_spline_fit のマニュアルページをご参照ください。
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入力データ

(本関数の詳細はnag_1d_spline_fit のマニュアルページを参照)

このデータをダウンロード
nag_1d_spline_fit (e02bec) Example Program Data
  15
  0.0000E+00  -1.1000E+00   1.00
  5.0000E-01  -3.7200E-01   2.00
  1.0000E+00   4.3100E-01   1.50
  1.5000E+00   1.6900E+00   1.00
  2.0000E+00   2.1100E+00   3.00
  2.5000E+00   3.1000E+00   1.00
  3.0000E+00   4.2300E+00   0.50
  4.0000E+00   4.3500E+00   1.00
  4.5000E+00   4.8100E+00   2.00
  5.0000E+00   4.6100E+00   2.50
  5.5000E+00   4.7900E+00   1.00
  6.0000E+00   5.2300E+00   3.00
  7.0000E+00   6.3500E+00   1.00
  7.5000E+00   7.1900E+00   2.00
  8.0000E+00   7.9700E+00   1.00
  1.0
  0.5
  0.1

  • 1行目はタイトル行で読み飛ばされます。
  • 2行目にデータ点の数(m)を指定しています。
  • 3〜17行目には独立変数x、従属変数y、重み(weights)を指定しています。
  • 18〜20行目に平滑化因子(s)を指定しています。

出力結果

(本関数の詳細はnag_1d_spline_fit のマニュアルページを参照)

この出力例をダウンロード
nag_1d_spline_fit (e02bec) Example Program Results

Calling with smoothing factor s =    1.000e+00

Number of distinct knots = 3

Distinct knots located at 

  0.0000   4.0000   8.0000


    J      B-spline coeff c

    1        -1.3201
    2         1.3542
    3         5.5510
    4         4.7031
    5         8.2277

Weighted sum of squared residuals fp =    1.000e+00

Calling with smoothing factor s =    5.000e-01

Number of distinct knots = 7

Distinct knots located at 

  0.0000   1.0000   2.0000   4.0000   5.0000   6.0000
  8.0000


    J      B-spline coeff c

    1        -1.1072
    2        -0.6571
    3         0.4350
    4         2.8061
    5         4.6824
    6         4.6416
    7         5.1976
    8         6.9008
    9         7.9979

Weighted sum of squared residuals fp =    5.001e-01

Calling with smoothing factor s =    1.000e-01

Number of distinct knots = 10

Distinct knots located at 

  0.0000   1.0000   1.5000   2.0000   3.0000   4.0000
  4.5000   5.0000   6.0000   8.0000


    J      B-spline coeff c

    1        -1.0900
    2        -0.6422
    3         0.0369
    4         1.6353
    5         2.1274
    6         4.5526
    7         4.2225
    8         4.9108
    9         4.4159
   10         5.4794
   11         6.8308
   12         7.9935

Weighted sum of squared residuals fp =    1.000e-01

  • 3行目に呼び出される際の平滑化因子が出力されています。
  • 5行目にノットの数が出力されています。
  • 7〜9行目にノットの位置が出力されています。
  • 12〜18行目にBスプライン係数が出力されています。
  • 20行目に重みづけされた残差平方和が出力されています。
  • 22行目に呼び出される際の平滑化因子が出力されています。
  • 24行目にノットの数が出力されています。
  • 26〜29行目にノットの位置が出力されています。
  • 32〜42行目にBスプライン係数が出力されています。
  • 44行目に重みづけされた残差平方和が出力されています。
  • 46行目に呼び出される際の平滑化因子が出力されています。
  • 48行目にノットの数が出力されています。
  • 50〜53行目にノットの位置が出力されています。
  • 56〜69行目にBスプライン係数が出力されています。
  • 71行目に重みづけされた残差平方和が出力されています。

ソースコード

(本関数の詳細はnag_1d_spline_fit のマニュアルページを参照)

※本サンプルソースコードはNAG数値計算ライブラリ(Windows, Linux, MAC等に対応)の関数を呼び出します。
サンプルのコンパイル及び実行方法


このソースコードをダウンロード
/* nag_1d_spline_fit (e02bec) Example Program.
 *
 * CLL6I261D/CLL6I261DL Version.
 *
 * Copyright 2017 Numerical Algorithms Group.
 *
 * Mark 26.1, 2017.
 *
 */

#include <nag.h>
#include <stdio.h>
#include <nag_stdlib.h>
#include <nage02.h>

int main(void)
{
  Integer exit_status = 0, j, m, nest, r;
  NagError fail;
  Nag_Comm warmstartinf;
  Nag_Spline spline;
  Nag_Start start;
  double fp, s, *sp = 0, txr, *weights = 0, *x = 0, *y = 0;

  INIT_FAIL(fail);

  /* Initialize spline */
  spline.lamda = 0;
  spline.c = 0;

  warmstartinf.nag_w = 0;
  warmstartinf.nag_iw = 0;

  printf("nag_1d_spline_fit (e02bec) Example Program Results\n");
  scanf("%*[^\n]"); /* Skip heading in data file */
  /* Input the number of data points, followed by the data
   * points x, the function values y and the weights w.
   */
  scanf("%ld", &m);
  nest = m + 4;
  if (m >= 4) {
    if (!(weights = NAG_ALLOC(m, double)) ||
        !(x = NAG_ALLOC(m, double)) ||
        !(y = NAG_ALLOC(m, double)) || !(sp = NAG_ALLOC(2 * m - 1, double)))
    {
      printf("Allocation failure\n");
      exit_status = -1;
      goto END;
    }
  }
  else {
    printf("Invalid m.\n");
    exit_status = 1;
    return exit_status;
  }
  start = Nag_Cold;
  for (r = 0; r < m; r++)
    scanf("%lf%lf%lf", &x[r], &y[r], &weights[r]);
  /* Read in successive values of s until end of data file. */
  while (scanf("%lf", &s) != EOF)
  {
    /* Determine the spline approximation. */
    /* nag_1d_spline_fit (e02bec).
     * Least squares cubic spline curve fit, automatic knot
     * placement, one variable
     */
    nag_1d_spline_fit(start, m, x, y, weights, s, nest, &fp,
                      &warmstartinf, &spline, &fail);
    if (fail.code != NE_NOERROR) {
      printf("Error from nag_1d_spline_fit (e02bec).\n%s\n", fail.message);
      exit_status = 1;
      goto END;
    }

    /* Evaluate the spline at each x point and midway
     * between x points, saving the results in sp.
     */
    for (r = 0; r < m; r++) {
      /* nag_1d_spline_evaluate (e02bbc).
       * Evaluation of fitted cubic spline, function only
       */
      nag_1d_spline_evaluate(x[r], &sp[(r - 1) * 2 + 2], &spline, &fail);
      if (fail.code != NE_NOERROR) {
        printf("Error from nag_1d_spline_fit (e02bec).\n%s\n", fail.message);
        exit_status = 1;
        goto END;
      }
    }

    for (r = 0; r < m - 1; r++) {
      txr = (x[r] + x[r + 1]) / 2;
      /* nag_1d_spline_evaluate (e02bbc), see above. */
      nag_1d_spline_evaluate(txr, &sp[r * 2 + 1], &spline, &fail);
      if (fail.code != NE_NOERROR) {
        printf("Error from nag_1d_spline_evaluate (e02bbc).\n%s\n",
               fail.message);
        exit_status = 1;
        goto END;
      }
    }
    /* Output the results. */
    printf("\nCalling with smoothing factor s = %12.3e\n", s);
    printf("\nNumber of distinct knots = %ld\n\n", spline.n - 6);
    printf("Distinct knots located at \n\n");
    for (j = 3; j < spline.n - 3; j++)
      printf("%8.4f%s", spline.lamda[j],
             (j - 3) % 6 == 5 || j == spline.n - 4 ? "\n" : " ");
    printf("\n\n    J      B-spline coeff c\n\n");
    for (j = 0; j < spline.n - 4; ++j)
      printf("  %3ld  %13.4f\n", j + 1, spline.c[j]);
    printf("\nWeighted sum of squared residuals fp = %12.3e\n", fp);
    if (fp == 0.0)
      printf("The spline is an interpolating spline\n");
    else if (spline.n == 8)
      printf("The spline is the weighted least squares cubic" "polynomial\n");
    start = Nag_Warm;
  }
  /* Free memory allocated in spline and warmstartinf */
END:
  NAG_FREE(spline.lamda);
  NAG_FREE(spline.c);
  NAG_FREE(warmstartinf.nag_w);
  NAG_FREE(warmstartinf.nag_iw);
  NAG_FREE(weights);
  NAG_FREE(x);
  NAG_FREE(y);
  NAG_FREE(sp);
  return exit_status;
}


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