{ "cells": [ { "cell_type": "markdown", "metadata": {}, "source": [ "# Barycentric Lagrange interpolation on Chebyshev points" ] }, { "cell_type": "markdown", "metadata": {}, "source": [ "Let us interpolate the Runge function on $[-1,+1]$\n", "$$\n", "f(x) = \\frac{1}{1 + 16 x^2}\n", "$$\n", "using the Barycentric formula\n", "$$\n", "p(x) = \\frac{ \\sum\\limits_{i=0}^N{}' \\frac{(-1)^i}{x - x_i} f_i }{ \\sum\\limits_{i=0}^N{}' \\frac{(-1)^i}{x - x_i} }\n", "$$\n", "where the prime on the summation means that the first and last terms must be multiplied by a factor of half." ] }, { "cell_type": "code", "execution_count": 1, "metadata": {}, "outputs": [], "source": [ "%matplotlib inline\n", "%config InlineBackend.figure_format = 'svg'\n", "import numpy as np\n", "from matplotlib import pyplot as plt" ] }, { "cell_type": "markdown", "metadata": {}, "source": [ "Define the function to be interpolated." ] }, { "cell_type": "code", "execution_count": 2, "metadata": {}, "outputs": [], "source": [ "def fun(x):\n", " f = 1.0/(1.0+16.0*x**2)\n", " return f" ] }, { "cell_type": "markdown", "metadata": {}, "source": [ "The next function evaluates the Lagrange interpolation using Chebyshev points." ] }, { "cell_type": "code", "execution_count": 3, "metadata": {}, "outputs": [], "source": [ "def BaryInterp(X,Y,x):\n", " nx = np.size(x)\n", " nX = np.size(X)\n", " f = 0*x\n", " # Compute weights\n", " w = (-1.0)**np.arange(0,nX)\n", " w[0] = 0.5*w[0]\n", " w[nX-1] = 0.5*w[nX-1]\n", " # Evaluate barycentric foruma at x values\n", " for i in range(nx):\n", " num, den = 0.0, 0.0\n", " for j in range(nX):\n", " if np.abs(x[i]-X[j]) < 1.0e-15:\n", " num = Y[j]\n", " den = 1.0\n", " break\n", " else:\n", " num += Y[j]*w[j]/((x[i]-X[j]))\n", " den += w[j]/(x[i]-X[j])\n", " f[i] = num/den\n", " return f" ] }, { "cell_type": "code", "execution_count": 4, "metadata": {}, "outputs": [], "source": [ "xmin, xmax = -1.0, +1.0\n", "N = 19 # degree of polynomial" ] }, { "cell_type": "markdown", "metadata": {}, "source": [ "Let us interpolate on Chebyshev points." ] }, { "cell_type": "code", "execution_count": 5, "metadata": {}, "outputs": [ { "data": { "image/svg+xml": [ "\n", "\n", "\n", "\n", " \n", " \n", " \n", " \n", " \n", " \n", " \n", " \n", " \n", " \n", " \n", " \n", " \n", " \n", " \n", " \n", " \n", " \n", " \n", " \n", " \n", " \n", " \n", " \n", " \n", " \n", " \n", " \n", " \n", " \n", " \n", " \n", " \n", " \n", " \n", " \n", " \n", " \n", " \n", " \n", " \n", " \n", " \n", " \n", " \n", " \n", " \n", " \n", " \n", " \n", " \n", " \n", " \n", " \n", " \n", " \n", " \n", " \n", " \n", " \n", " \n", " \n", " \n", " \n", " \n", " \n", " \n", " \n", " \n", " \n", " \n", " \n", " \n", " \n", " \n", " \n", " \n", " \n", " \n", " \n", " \n", " \n", " \n", " \n", " \n", " \n", " \n", " \n", " \n", " \n", " \n", " \n", " \n", " \n", " \n", " \n", " \n", " \n", " \n", " \n", " \n", " \n", " \n", " \n", " \n", " \n", " \n", " \n", " \n", " \n", " \n", " \n", " \n", " \n", " \n", " \n", " \n", " \n", " \n", " \n", " \n", " \n", " \n", " \n", " \n", " \n", " \n", " \n", " \n", " \n", " \n", " \n", " \n", " \n", " \n", " \n", " \n", " \n", " \n", " \n", " \n", " \n", " \n", " \n", " \n", " \n", " \n", " \n", " \n", " \n", " \n", " \n", " \n", " \n", " \n", " \n", " \n", " \n", " \n", " \n", " \n", " \n", " \n", " \n", " \n", " \n", " \n", " \n", " \n", " \n", " \n", " \n", " \n", " \n", " \n", " \n", " \n", " \n", " \n", " \n", " \n", " \n", " \n", " \n", " \n", " \n", " \n", " \n", " \n", " \n", " \n", " \n", " \n", " \n", " \n", " \n", " \n", " \n", " \n", " \n", " \n", " \n", " \n", " \n", " \n", " \n", " \n", " \n", " \n", " \n", " \n", " \n", " \n", " \n", " \n", " \n", " \n", " \n", " \n", " \n", " \n", " \n", " \n", " \n", " \n", " \n", " \n", " \n", " \n", " \n", " \n", " \n", " \n", " \n", " \n", " \n", " \n", " \n", " \n", " \n", " \n", " \n", " \n", " \n", " \n", " \n", " \n", " \n", " \n", " \n", " \n", " \n", " \n", " \n", " \n", " \n", " \n", " \n", " \n", " \n", " \n", " \n", " \n", " \n", " \n", " \n", " \n", " \n", " \n", " \n", " \n", " \n", " \n", " \n", " \n", " \n", " \n", " \n", " \n", " \n", " \n", " \n", " \n", " \n", " \n", " \n", " \n", " \n", " \n", " \n", " \n", " \n", " \n", " \n", " \n", " \n", " \n", " \n", " \n", " \n", " \n", " \n", " \n", " \n", " \n", " \n", " \n", " \n", " \n", " \n", " \n", " \n", " \n", " \n", " \n", " \n", " \n", " \n", " \n", " \n", " \n", " \n", " \n", " \n", " \n", " \n", " \n", " \n", " \n", " \n", " \n", " \n", " \n", " \n", " \n", " \n", " \n", " \n", " \n", " \n", " \n", " \n", " \n", " \n", " \n", " \n", " \n", " \n", " \n", " \n", " \n", " \n", " \n", " \n", " \n", " \n", " \n", " \n", " \n", " \n", " \n", " \n", " \n", " \n", " \n", " \n", " \n", " \n", " \n", " \n", " \n", " \n", " \n", " \n", " \n", " \n", " \n", " \n", " \n", " \n", " \n", " \n", " \n", " \n", " \n", " \n", " \n", " \n", " \n", " \n", " \n", " \n", " \n", " \n", " \n", " \n", " \n", " \n", " \n", " \n", " \n", " \n", " \n", " \n", " \n", " \n", " \n", " \n", " \n", " \n", " \n", " \n", " \n", " \n", " \n", " \n", " \n", " \n", " \n", "\n" ], "text/plain": [ "
" ] }, "metadata": {}, "output_type": "display_data" } ], "source": [ "X = np.cos(np.linspace(0.0,np.pi,N+1))\n", "Y = fun(X)\n", "x = np.linspace(xmin,xmax,100)\n", "fi = BaryInterp(X,Y,x)\n", "fe = fun(x)\n", "plt.figure(figsize=(8,5))\n", "plt.plot(x,fe,'b--',x,fi,'r-',X,Y,'o')\n", "plt.legend((\"True function\",\"Interpolation\",\"Data\"),loc='upper right')\n", "plt.axis([-1.0,+1.0,0.0,1.1]);" ] } ], "metadata": { "kernelspec": { "display_name": "Python 3", "language": "python", "name": "python3" }, "language_info": { "codemirror_mode": { "name": "ipython", "version": 3 }, "file_extension": ".py", "mimetype": "text/x-python", "name": "python", "nbconvert_exporter": "python", "pygments_lexer": "ipython3", "version": "3.6.6" } }, "nbformat": 4, "nbformat_minor": 1 }