下图是教科书中示例的轻微变化。作者用这个例子来说明在等间隔样本上的插值多项式在插值区间末端附近有很大的振荡。当然,三次样条插值在整个区间上给出了一个很好的近似值。多年来,出于此处说明的原因,我认为应避免对等间距样本进行高阶多项式插值。
然而,我最近发现了许多带限信号的例子,其中高阶插值多项式比三次样条插值给出的近似误差更小。通常,当采样率足够高时,插值多项式在整个插值间隔内更准确。当样本以至少比信号的奈奎斯特频率大 3 倍的采样率等间隔分布时,这似乎成立。此外,随着(采样率)/(奈奎斯特频率)的增加,三次样条插值的优势得到改善。
例如,我将三次样条插值与内奎斯特频率为 2 Hz、采样率为 6.5 Hz 的正弦波的插值多项式进行比较。在样本点之间,插值多项式看起来与实际信号完全相同。
下面我比较两个近似值的误差。与第一个示例一样,多项式插值在采样间隔的开始和结束附近表现最差。但是,插值多项式在整个采样间隔上的误差小于三次样条。插值多项式在小区间外插时误差也较小。我发现了一个众所周知的事实吗?如果是这样,我在哪里可以阅读它?