[英]How to adjust trapezoidal integration method to a custom zero point?
我想计算一个序列向量的积分。 由于没有可用的函数,我使用梯形方法1 。
iglTzm <- function(x, y) sum(diff(x) * (head(y, -1) + tail(y, -1))) / 2
序列的第一个元素应该是零点,所以原则是:如果序列的值主要低于第一个值,则积分应为负,否则为正,或为 0。
考虑矩阵m1
:
[,1] [,2] [,3] [,4] [,5] [,6] [,7]
[1,] 6 7 8 8 6 8 10
[2,] 9 9 8 9 9 8 9
[3,] 9 10 10 9 9 9 9
[4,] 9 8 8 8 6 8 9
[5,] 10 10 10 9 10 8 0
[6,] 9 8 9 10 9 9 9
与这些原始值的集成很可能会导致不一致的值:
> setNames(apply(m1, 1, iglTzm, 0:6), 1:6)
1 2 3 4 5 6
15 2 -2 7 -52 0
所以我在它们的第一个值(第 1 列)上调整序列(行),以设置正确的符号,并得到矩阵m2
:
[,1] [,2] [,3] [,4] [,5] [,6] [,7]
[1,] 0 1 2 2 0 2 4
[2,] 0 0 -1 0 0 -1 0
[3,] 0 1 1 0 0 0 0
[4,] 0 -1 -1 -1 -3 -1 0
[5,] 0 0 0 -1 0 -2 -10
[6,] 0 -1 0 1 0 0 0
从逻辑上讲,这不会改变iglTzm()
抛出的任何值,因为diff()
是相同的:
> setNames(apply(m2, 1, iglTzm, 0:6), 1:6)
1 2 3 4 5 6
15 2 -2 7 -52 0
无论如何,因为我不能简单地缩放或反转它,所以我还没有一个绝妙的主意如何调整函数以获得正确的符号,假设是:
# 1 2 3 4 5 6
# 15 -2 2 -7 -52 0
有谁知道如何调整iglTzm()
以获得具有正确符号的积分?
m2
的图应该更多地说明原理:
m1 <- matrix(c(6, 7, 8, 8, 6, 8, 10,
9, 9, 8, 9, 9, 8, 9,
9, 10, 10, 9, 9, 9, 9,
9, 8, 8, 8, 6, 8, 9,
10, 10, 10, 9, 10, 8, 0,
9, 8, 9, 10, 9, 9, 9), 6, byrow=TRUE)
m2 <- t(apply(m1, 1, function(x) scale(x, center=x[1], scale=FALSE)))
# plot
par(mfrow=c(2, 3))
lapply(1:nrow(m2), function(x) {
plot(m2[x, ], type="l", main=x)
abline(h=m2[x, 1], col="red", lty=2)
})
首先,还有另一个小但更重要的问题,尽管在修复它之后您的问题仍然有效。 我的意思是,由于您在apply
使用函数的方式,作为函数参数的x
和y
的顺序应该颠倒。
但这还不够,现在我们回到你的问题。 为此,让我们回忆一下通常的积分: ʃf(x)dx(限制从 a 到 b)将积分 f 下方的区域,这就是您的函数已经成功执行的操作。 现在你想要的是调整它的水平。 但是如果我们从 a 积分到 b,那就和 ʃ(f(x)-f(a))dx = ʃf(x)dx - (ba)f(a) 一样,这导致
iglTzm <- function(y, x) sum(diff(x) * (head(y, -1) + tail(y, -1))) / 2 - y[1] * (max(x) - min(x))
setNames(apply(m1, 1, iglTzm, 0:6), 1:6)
# 1 2 3 4 5 6
# 9 -2 2 -7 -8 0
恰好只有两个绝对值与x
和y
颠倒的版本不同。 打赌让我们看看第一个函数:它应该是 9 还是 15? 我们有 2*2/2 + 1*2 + 1*2/2 + 2*4/2 = 9,所以我们确实想要反转x
和y
。
编写函数的另一种方法是
iglTzm <- function(y, x) sum(diff(x) * (head(y - y[1], -1) + tail(y - y[1], -1))) / 2
setNames(apply(m1, 1, iglTzm, 0:6), 1:6)
# 1 2 3 4 5 6
# 9 -2 2 -7 -8 0
编辑:通过反转我只是指函数定义中的顺序或您如何在apply
使用它; 就 y(函数值)和 x(网格值)而言,函数本身很好。
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