径向基函数插值


一、直观理解

核心思想:采样n个点,依据这n个点获得近似函数

s(x)s(x)

s(x)以逼近原函数

f(x)f(x)

f(x),且所获得的近似函数在此n个点上的值必须等于原函数,此为插值。

  • 样本点自变量记为:
    x1,...,xnRdx_1,...,x_n\in R^d

    x1?,...,xn?∈Rd(n为向量)

  • 样本点数值记为:
    f1,...,fnRf_1,...,f_n\in R

    f1?,...,fn?∈R(标量)

  • 寻找得到的插值函数的表达式为下式:



其中

?\phi

?表示径向基函数(Radial Basis Functions, 即:RBF),之所以叫径向基函数,是因为他表示其值只与自变量的距离有关,而与其余因素无关,即:两点之间自变量的距离越远,径向基函数的数值越小;而越近,则径向基函数的数值就越大。径向基的函数形式可以有很多种,最常用的是高斯基函数(Gaussian)



距离r越大,基函数数值越小,以高斯基函数为例可以画出如下草图:



因此,基函数插值的函数表达式

s(x)s(x)

s(x)可以看成以

xix_i

xi?为中心的多个基函数之和。我们若仍以高斯基函数为例,可作出如下示意图:



因此,可以看出,基于径向基函数的插值函数就是基函数的线性组合而已,而上图即为径向基函数线性组合的直观理解。

二、推导与公式

为了实现径向基函数的插值工作,就需要求解插值系数,而求解的方法很简单,就需要把

(xi,yi)(x_i,y_i)

(xi?,yi?)都带入进去,求解即可。后文截图展现了将N个采样点,带入回插值函数中,得到n个公式,如下图式子(8.4)所示:



上式中的符号与博客开篇所提的符号有出处,具体地:
(1)系数

λ\lambda

λ 就是图片中的

ww

w ,
(2)样本点的个数为P个;
(3)样本点数数值

f1,...,fnRf_1,...,f_n\in R

f1?,...,fn?∈R 即为上图中的

d1,...,dpd^1,...,d^p

d1,...,dp;