Кіріспе
Қолданыстағы мәліметтер нүктелерінің аралығында жаңа мәліметтер нүктелерін құруға арналған қисыққа сәйкестендіру әдісі. Математикада сызықтық интерполяция – белгілі мәліметтер нүктелерінің дискретті жиынының аралығында жаңа мәліметтер нүктелерін құру үшін сызықтық полиномдарды қолданатын қисыққа сәйкестендіру әдісі.
In mathematics, linear interpolation is a method of curve fitting using linear polynomials to construct new data points within the range of a discrete set of known data points.
Деректер жиынтығын интерполяциялау
Деректер нүктелерінің жиынтығында (x0, y0), (x1, y1), ..., (xn, yn) сызықтық интерполяция – әрбір екі дерек нүктесінің арасындағы сызықтық сегменттердің тізбектелуінен құралған бөліктік сызықтық функция ретінде анықталады. Бұл үздіксіз қисық сызықтың туындысы үздіксіз болмайды (көбінесе), демек, дифференциалдану класы болып табылады.
Тарих және қолдану
Сызықтық интерполяция көне заманнан бері кестедегі бос орындарды толтыру үшін қолданылып келеді. Мысалы, бір елдің 1970, 1980, 1990 және 2000 жылдардағы халқының тізімі бар, ал 1994 жылғы халық санын бағалауды қалайды делік. Бұны істеудің оңай жолы – сызықтық интерполяция. Бұл әдіс Селевкидтер империясында (б.з.д. соңғы үш ғасыры) және грек астрономы және математигі Гиппарх (б.з.д. II ғасыр) қолданған. Сызықтық интерполяцияның сипаттамасын ежелгі қытайлық математикалық мәтіннен табуға болады, ол «Математикалық өнер туралы тоғыз тарау» (九章算術) деп аталады, б.з.б. 200 жылдан б.з. 100 жылға дейін жазылған, сондай-ақ Птолемейдің «Альмагест» (II ғасыр) еңбегінде де кездеседі. Екі мәннің арасындағы сызықтық интерполяцияның негізгі операциясы компьютерлік графикада кеңінен қолданылады. Бұл саланың терминологиясында оны кейде lerp (сызықтық интерполяциядан) деп атайды. Бұл термин операцияны білдіретін етістік немесе есім ретінде қолданылуы мүмкін. Мысалы: «Брезенхам алгоритмі сызықтың екі нүктесі арасында біртіндеп өзгереді». Lerp операциялары барлық заманауи компьютерлік графикалық процессорлардың аппараттық құрамына енгізілген. Олар көбінесе күрделі операцияларды құру үшін негізгі элементтер ретінде қолданылады: мысалы, билинейлік интерполяцияны үш lerp операциясы арқылы жүзеге асыруға болады. Бұл операцияның төмен құны болғандықтан, ол жылдам іздеу арқылы тегіс функциялар үшін дәл іздеу кестелерін жасаудың тиімді тәсілі болып табылады, кестедегі жазбалардың саны көп болмайды.
Дұрыс
Егер C⁰ функциясы жеткіліксіз болса, мысалы, деректер нүктелерін жасаған процесс C⁰-дан тегіс екені белгілі болса, сызықтық интерполяцияны сплайн интерполяциясымен немесе кейбір жағдайларда полиномдық интерполяциямен алмастыру қалыпты жағдай.
Көптүрлі
Мұнда сипатталған сызықтық интерполяция бір ғарыштық өлшемдегі дерек нүктелері үшін қолданылады. Екі ғарыштық өлшем үшін сызықтық интерполяцияның жалғасы билинейлік интерполяция деп аталады, ал үш өлшемде – трилинейлік интерполяция. Бірақ, бұл интерполянттар енді ғарыштық координаттардың сызықтық функциялары емес, олар сызықтық функциялардың көбейтінділері екенін ескеру қажет; төмендегі суреттегі билинейлік интерполяцияның анық сызықтық емес мысалы оны көрсетеді. Сызықтық интерполяцияның басқа да түрлерін үшбұрышты және төртбұрышты торлар сияқты басқа торларға, соның ішінде Безиер беттеріне де қолдануға болады. Оларды жоғары өлшемді бөлшек сызықтық функциялар деп анықтауға болады (төмендегі екінші суретті қараңыз).