如何使用离散数据估计梯形规则的误差?

计算科学 正交 一体化
2021-12-06 16:23:41

如果我没有描述我的问题的函数,我如何估计使用梯形规则获得的结果的误差?我唯一拥有的是离散点。

2个回答

您可以使用误差外推的思想来构建高阶龙格库塔方法。

根据您插值的函数,插值误差(其中是实际积分值,是通过分段梯形规则获得的值)可能具有平滑渐近扩展IIhIIh

IIh=Cphp+Cp+1hp+1+...

在 ODE 上下文中,平滑意味着常数、 ... 是时间的平滑函数。我不知道这如何转化为集成,但让我们假设它们独立于CpCp+1h

然后,如果您有足够的样本并且它们间隔均匀,则可以假设和更高阶项可以忽略不计,并且您也可以计算 I_h 的近似值hhp+1Ihhh/2

然后你设置系统

IIh=CphpIIh/2=Cphp2p,

你可以解决的问题,这会给你错误直到我们之前所做的所有假设。CpIIIh

编辑:在以前的版本中,我假设分段梯形规则与阶收敛。实际上,它的顺序是无论如何,我已经记下了任意收敛阶的公式。32p

这种方法有一个图形版本(Richardson 外推法),可以非常有见地。使用至少三个值,不一定因两个因素或任何其他简单关系而有所不同。绘制的关系图,其中是假定的精度顺序。如果您的数据非常平滑且间距非常小,以至于渐近误差估计有效(因此高阶项确实可以忽略不计),那么结果将是一条直线。通过您的最佳线的处的截距点将是对确切结果的改进估计。如果你没有得到一条直线,那么你确定hIhhpph=0p; 你应该尝试不同的值吗?你的间距够小吗?如果数据是实验性的,它们是否足够准确?

数据均匀分布不是必需的,但精炼的数据在某种意义上必须是系统的精炼。如果粗略的数据点是按照某种规则分布的,比如几何级数,那么更精细的数据点应该按照相同的规则分布。