One derivation replaces the integrand by the quadratic polynomial (i.e. parabola) that takes the same values as at the end points and and the midpoint Lagrange 다항식 보간법을 사용하여 이 다항식의 식을 찾을 수 있다.
간격[ a ,이(가) 어떤 의미에서 "작음"이라면, = 2 절연을 가진 심슨의 규칙은 정확한 적분에 대한 적절한 근사를 제공할 것이다. "작다"는 것은 통합되는 기능이[ a, 간격에 걸쳐 비교적 부드럽다는 것을 의미한다 그러한 기능에 대해서는 심슨의 규칙에 사용된 것과 같은 부드러운 2차 보간물이 좋은 결과를 줄 것이다.
그러나 우리가 통합하고자 하는 기능이 그 간격을 두고 매끄럽지 못한 경우가 많다. 일반적으로 이것은 함수가 매우 진동적이거나 특정 지점에서 파생상품이 부족하다는 것을 의미한다. 이런 경우 심슨의 통치는 매우 나쁜 결과를 줄 수도 있다. 이 문제를 처리하는 한 가지 일반적인 방법은 간격 [, 을(를) > 개의 작은 하위 절편으로 나누는 것이다. 그런 다음 심슨의 규칙은 각 하위 절에 적용되며, 결과는 전체 간격에 걸쳐 적분들에 대한 근사치를 산출하기 위해 합산된다. 이런 종류의 접근은 복합 심슨의 법칙이라고 불린다.
간격[ , 이(가) n 하위 절편으로 분할되고 n이(가) 짝수라고 가정합시다. 그 후, 복합 심슨의 규칙은 다음과 같다.
where for with ; in particular, and . = }을를) 가진 이 복합 규칙은 앞의 섹션의 일반 심슨 규칙과 일치한다.
복합 심슨의 법칙에 의해 저질러진 오류는
서 ▼ 은(는) 과와) 사이의 일부 번호로, = - a)/ 은 "단계 길이"[3]이다. 오차는 (절대값으로) 에 의해 제한된다.
이 공식은 동일한 길이의 하위 절편에서[ , 간격을 분할한다. 실제로 길이가 다른 서브인터레이션을 사용하고 통합이 잘 안 되는 곳에 노력을 집중하는 것이 유리할 때가 많다. 이것은 적응 심슨의 방법으로 이어진다.
심슨의 3/8 규칙
심슨의 두 번째 규칙이라고도 불리는 심슨의 3/8 규칙은 토마스 심슨이 제안한 또 다른 수치 통합 방법이다. 그것은 2차 보간보다는 입방 보간법에 근거한다. 심슨의 3/8 규칙은 다음과 같다.
여기서 b - a = 3h.
이 방법의 오류는
서 ▼ 은(는) 과(와) 사이의 일부 번호 따라서 3/8규칙은 표준법보다 약 2배 정도 정확하지만 함수 값은 1배 정도 더 사용한다. 복합 3/8 규칙도 위와 유사하게 존재한다.[4]
이(가) 3의 배수인 경우에만 이 기능을 사용할 수 있다. 1/3 규칙은 오차항의 순서를 변경하지 않고 남아 있는 하위절차에 사용할 수 있다(반대로 3/8규칙은 홀수 하위절차에 대해 복합 1/3규칙과 함께 사용할 수 있다).
대안적 확장 심슨의 법칙
이것은 복합 심슨 법칙의 또 다른 공식이다. 심슨의 법칙을 근사치할 적분들의 분리 부분에 적용하는 대신에 심슨의 규칙은 중복되는 부분들에 적용되어 양보된다[5].
위의 공식은 원래 복합 심슨의 법칙과 극단적 하위절차에 심슨의 3/8 규칙을 사용하고 나머지 하위절차에 표준 3점 규칙을 사용함으로써 얻어진다. 그 다음 두 공식의 평균을 취함으로써 결과를 얻는다.
좁은 봉우리들의 경우 심슨의 법칙
좁은 피크 유사 함수의 전체 영역을 추정하는 작업에서 심슨의 규칙은 사다리꼴 규칙보다 훨씬 덜 효율적이다. 즉, 복합 심슨의 1/3 법칙은 사다리꼴 법칙과 동일한 정확도를[6] 얻기 위해 1.8배 이상의 점수를 필요로 한다. 복합 심슨의 3/8 법칙은 훨씬 더 정확하지 않다. 심슨의 1/3 규칙에 의해 적분된 것은 사다리꼴 규칙에 의한 적분 2/3과 스텝 h에 의한 적분 1/3의 합으로 나타낼 수 있으며, 그 정확도는 스텝 2h의 직사각형 규칙에 의해 좌우된다. 적절하게 변경된 프레임으로 심슨의 1/3 규칙 복합 합계를 평균하면 다음과 같은 규칙이 생성된다.
통합 지역 외부의 2개 지점이 악용되는 경우
통합 영역 내의 점만 사용되는 경우. 두 번째 규칙을 3점 영역에 적용하면 심폰의 1/3 규칙, 4개의 포인 - 3/8 규칙이 생성된다.
이 규칙들은 심슨의 대체적인 확장된 심슨의 규칙과 매우 유사하다. 통합되는 영역의 주요 부분 내의 계수는 1이며, 차이는 가장자리에만 있다. 이 두 규칙은 첫 번째 파생상품 용어를 사용하는 오일러-맥라우린 공식과 연관될 수 있으며, 이름을 오일러-맥라우린 통합 규칙으로 명명했다.[6] 위에 제시된 두 가지 규칙은 지역 엔드에서의 첫 번째 파생상품이 계산되는 방식에서만 다르다. 오일러-맥라우린 통합 규칙의 첫 번째 파생상품 용어는 두 번째 파생상품의 적분을 설명하며, 이는 통합지역 가장자리의 첫 번째 파생상품의 차이와 같다. 오일러-매클라우린 공식으로 정의한 계수를 갖는 파생상품에 3번째, 5번째 등의 차이를 더하면 더 높은 순서의 오일러-매클라우린 규칙을 생성할 수 있다.
불규칙한 간격의 데이터에 대한 복합 심슨의 규칙
일부 애플리케이션의 경우 통합 간격 =[ , 을(를) 불균일한 간격으로 나눌 필요가 있으며, 이는 데이터 샘플링이 불균일하거나 데이터 포인트가 누락되거나 손상되었기 때문일 수 있다. 구간 을(를) 폭 h 의 하위절편의 N 으로 나눈다고 가정합시다. 그 후 심슨의 법칙은 다음과[7][8] 같다.
어디에
간격 의 샘플링 포인트에 함수 값이다
하위절차의 홀수인 경우 위의 공식을 두 번째에서 마지막 간격까지 사용하고, 결과에 다음을 추가하여 마지막 간격을 별도로 처리한다.[citation needed]
로부터컬렉션.collections.properties수입하다순서반항하다simpson_nonuniform(x:순서[둥둥 뜨다],f:순서[둥둥 뜨다])->둥둥 뜨다:""" 심슨은 불규칙한 간격의 데이터를 지배한다. :param x: 함수 값에 대한 샘플링 포인트 :param f: 샘플링 지점에서의 함수 값 :return: 적분 근사치 ``스파이"를 보라.통합시키다심프슨과 그 밑바탕에 깔려 있는 ``_basic_basic_ Numpy의 방송을 이용하는 보다 효과적인 구현을 위해. """N=렌(x)-1h=[x[i+1]-x[i]을 위해i에범위(0,N)]주장하다N>0결과=0.0을 위해i에범위(1,N,2):h0,h1=h[i-1],h[i]hph,hdh,흐음=h1+h0,h1/h0,h1*h0결과+=(hph/6)*((2-hdh)*f[i-1]+(hph**2/흐음)*f[i]+(2-1/hdh)*f[i+1])만일N%2==1:h0,h1=h[N-2],h[N-1]결과+=f[N]*(2*h1**2+3*h0*h1)/(6*(h0+h1))결과+=f[N-1]*(h1**2+3*h1*h0)/(6*h0)결과-=f[N-2]*h1**3/(6*h0*(h0+h1))돌아오다결과
^ Jump up to: abKalambet, Yuri; Kozmin, Yuri; Samokhin, Andrey (2018). "Comparison of integration rules in the case of very narrow chromatographic peaks". Chemometrics and Intelligent Laboratory Systems. 179: 22–30. doi:10.1016/j.chemolab.2018.06.001. ISSN0169-7439.
^Kylänpää, Ilkka (2019). Computational Physics course. Tampere University.
^Shklov, N. (December 1960). "Simpson's Rule for Unequally Spaced Ordinates". The American Mathematical Monthly. 67 (10): 1022. doi:10.2307/2309244.
참조
Atkinson, Kendall E. (1989). An Introduction to Numerical Analysis (2nd ed.). John Wiley & Sons. ISBN0-471-50023-2.
Matthews, John H. (2004). "Simpson's 3/8 Rule for Numerical Integration". Numerical Analysis - Numerical Methods Project. California State University, Fullerton. Archived from the original on 4 December 2008. Retrieved 11 November 2008.