当我们在应用程序中使用伯恩斯坦多项式时


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最好使用Bernstein多项式逼近连续函数而不是仅使用以下初步的数值分析方法:“拉格朗日多项式”,“简单有限差分算子”。

问题是关于补偿这些方法。


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为什么伯恩斯坦要大写?这是针对特定的软件包吗?

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我的问题的一个方面几乎与您的问题有关,我想看看使用这种方法是否有优势,甚至在非常特殊的情况下也没有提到?BERNSTEIN多项式本身很漂亮并且具有许多属性,但是它们也更适合例如在计算机程序或其他情况下使用吗?

Answers:


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Bernstein多项式和Lagrange多项式都跨越相同的空间。因此,就一种可能代表的功能而言,使用一种或另一种没有区别。但是,如果您想将它们用作有限元方法或插值问题中的基函数,则您创建的线性算子的频谱属性将取决于您选择的基多项式。这可能会导致迭代求解器收敛的差异。但是,在没有线性代数误差的情况下,使用任一基准都将得到相同的答案。

将此与有限差分算符进行比较是另一回事。使用多项式将为您提供连续范数的误差近似值。我不太熟悉有限差分,但是我的理解是,您只会在选择离散的位置获得误差估计。在这两点之间发生的情况还不清楚。


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我在配置方法中使用Bernstein多项式来解决ODE和PDE的边值问题。他们很有趣。

对于某些线性BVP,收敛是指数级的,但与Chebyshev并置,Legendre Galerkin和Tau相比,速度稍慢。

这是将收敛速度与某些Chebyshev频谱方法进行比较的图。示例问题是线性BVP:

d2udx24dudx+4u=ex+C,x[1,1]

具有均匀的Dirichlet BC,并且C是一个常数 C=4e/(1+e)2

在此处输入图片说明

我也将此图上传到了figshare

如果需要,可以查看我正在编写的代码:

http://code.google.com/p/bernstein-poly/

这是我写的关于使用Bernstein多项式搭配在正方形上求解椭圆BVP的arxiv论文

去年,他们庆祝了伯恩斯坦多项式一百周年-一个有趣的事实。


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关于百年纪念,请参见Rida T. Farouki,《伯恩斯坦多项式基础:百年回顾》,计算机辅助几何设计,第29卷,第6期,2012年8月,第379-419页,DOI:10.1016 / j.cagd.2012.03.001
lhf

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同样有趣的:可靠的计算-在可靠的计算使用Bernstein多项式的特殊问题:一百年周年interval.louisiana.edu/reliable-computing-journal/...
Johntra沃尔

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在搭配方法中使用伯恩斯坦多项式有一些理论。当您转到多个跨度(元素)时,您至少需要使用C1B样条曲线。参见ISOGEOMETRIC集合方法F. AURICCHIO,L.BEIRÃODA VEIGA,TJR HUGHES,A.REALI和G.SANGALLI,《应用科学中的数学模型和方法》 2010 20:11,2075-2107
Nathan Collier

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下面的论文表明,在许多情况下,用伯恩斯坦形式表示多项式会导致数值稳定的算法:

RT Farouki,VT Rajan,关于伯恩斯坦形式的多项式的数值条件,计算机辅助几何设计,第4卷,第3期,1987年11月,第191-216页,DOI:10.1016 / 0167-8396(87)90012-4


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贝塞尔曲线的控制点靠近曲线,但不一定在曲线上。这与伯恩斯坦多项式逼近的情况完全相同,实际上伯恩斯坦多项式是贝塞尔曲线的基础。您可以使用高阶Bézier曲线在由噪声点给出的曲线上绘制一条平滑的线,由于计算量大,没有人会这样做。实际上,正是由于这个原因,很少使用高阶多项式插值,只有切比雪夫插值偶尔是该规则的一个例外。

但是,如果我们仅在谈论低阶多项式插值,那么通过控制点直观地指定贝塞尔曲线的方法明显优于其他方法。但是,在这方面,NURBS甚至更好,但是至少Bézier曲线是NURBS的特例,并且Bernstein多项式也是NURBS的重要组成部分。

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