Potenzreihen: Horner

[Dipl Phys Ernst Winter]

Zur Berechnung von Potentzreihen und iher Ableitung benutzt man das Schema nach Horner. Ich habe dafür zwei Fubnktionen in einer Unit bereitgestellt:

Delphi-Quellcode:

// Funktionsmwert einer Potenzreihe mit
//   n     Rang
//   c[i]  i = 0..n Koefiziendenvektor
//   x     Argument
function HornerFkt(const n: byte; const c: array of extended;
                   const x: extended): extended;
var
  i: integer;
begin
  Result := c[n];                                              // y nach Horner
  for i:= n-1 downto 0 do Result:= Result*x + c[i];            // berechnen,
end;

// Wert der Ableitung einer Potenzreihe mit
//   n     Rang
//   c[i]  i = 0..n Koefiziendenvektor
//   x     Argument
function HornerAbl(const n: byte; const c: array of extended;
                     const x: extended): extended;
var
  i: integer;
begin
  if n=0 then Result:= 0 else if n=1 then Result:= c[1]
  else begin
    Result:= n*c[n]*x;
    for i:= n-1 downto 2 do Result:= (Result + i*c[i])*x;
    Result:= Result + c[1] end
end;

[jfheins]

Sieht ganz nett aus.

Was ich aber noch ändern würde ist der Parameter n. Den kann man ja wohl ersetzen durch high(c) oder nicht?

[Dipl Phys Ernst Winter]

"jfheins"

Zitat:

Was ich aber noch ändern würde ist der Parameter n. Den kann man ja wohl ersetzen durch high(c) oder nicht?

Nein! high(c) würde maxRang, die dimensionierte Länge des Arrays zurückgeben, während der Rang der Potenzreihe benötigt wird.

[jfheins]

Ich denke, man sollte die Parameter seperat erklären, da sie ja nicht "sprechend" sind.

Also z.B.:

Delphi-Quellcode:

// HornerFkt - Berechnet den Funktionswert eines Polynoms
// n: Grad des Polynoms
// c: Koeffizienten des Polynoms (aufsteigend)
// x: Argument
// Rückgabe: Funktionswert an der Stelle x
function HornerFkt(const n: integer; const c: array of extended; 
                   const x: extended): extended; 
var 
  i: integer; 
begin 
  Result := c[n];                                              // y nach Horner 
  for i:= n-1 downto 0 do Result:= Result*x + c[i];            // berechnen, 
end; 

// HornerAbl - Berechnet die Ableitung eines Polynoms
// n: Grad des Polynoms
// c: Koeffizienten des Polynoms (aufsteigend)
// x: Argument
// Rückgabe: Ableitung an der Stelle x
function HornerAbl(const n: integer; const c: array of extended; 
                     const x: extended): extended; 
var 
  i: integer; 
begin 
  Result:= n*c[n]*x;                                          // y' nach Horner 
  for i:= n-1 downto 2 do Result:= (Result + i*c[i])*x;           // berechnen, 
  Result:= Result + c[1] 
end;

[gammatester]

Leider ist HornerAbl völlig falsch für n=0, oder n=1!

n=0: y=c[0], y'=0, HornerAbl: c[1]!! Das ist noch nicht mal definiert!

n=1: y=c[0]+x*c[1], y'=c[1], HornerAbl: c[1] + c[1]*x!

Gammatester

[gammatester]

Auch HornerFkt ist buggy. Wenn n ein integer ist, darf Result := c[n] im Fall n<0 nicht ausgeführt werden, andernfalls gibt 'nen Rangecheckerror oder 'nen Crash. Am einfachsten via if n>=0 then Result := c[n] else Result := 0.0;

Entsprechendes gilt selbstredend auch für HornerAbl.

Gammatester

[alzaimar]

Die Rangecheck-Problematik könnte man mit dem richtigen Datentyp implizit vermeiden: Kandidaten wären "Byte","Word" oder "Cardinal".

[gammatester]

Zitat von alzaimar:

Die Rangecheck-Problematik könnte man mit dem richtigen Datentyp implizit vermeiden: Kandidaten wären "Byte","Word" oder "Cardinal".

Genau! Bei der Gelegenheit kann man sich dann auch um zu großes n kümmern. Es gibt zwei Möglichkeiten: Entweder Rangecheck-Fehler oder Abschneiden. Hier mal ein Codeschnipsel, der hoffentlich alle bisherigen Argumente berücksichtigt.

Delphi-Quellcode:

{$define Horner_RTE}  {Fehler falls n>high(c), sonst wird n auf high(c) beschränkt}

{---------------------------------------------------------------------------}
function HornerFkt(n: cardinal; const c: array of extended; x: extended): extended;
  {-HornerFkt - Berechnet den Funktionswert eines Polynoms}
  { n: Grad des Polynoms                                  }
  { c: Koeffizienten des Polynoms (aufsteigend)           }
  { x: Argument                                           }
  { Result: Funktionswert an der Stelle x                 }
var
  i: cardinal;
begin
  if n>high(c) then begin
    {$ifdef Horner_RTE}
      RunError(201);
    {$else}
      n := high(c)
    {$endif}
  end;
  Result := 0.0;
  for i:= n downto 0 do Result:= Result*x + c[i];
end;

{---------------------------------------------------------------------------}
function HornerAbl(n: cardinal; const c: array of extended; x: extended): extended;
  {-HornerAbl - Berechnet die Ableitung eines Polynoms}
  { n: Grad des Polynoms                              }
  { c: Koeffizienten des Polynoms (aufsteigend)       }
  { x: Argument                                       }
  { Result: Ableitung an der Stelle x                 }
var
  i: cardinal;
begin
  if n>high(c) then begin
    {$ifdef Horner_RTE}
      RunError(201);
    {$else}
      n := high(c)
    {$endif}
  end;
  Result:= 0.0;
  for i:= n downto 1 do Result:= Result*x + i*c[i];
end;

Edit: Habe zu hause noch mal die for-Schleife in HornerAbl korrigiert. :)

[sirius]

Ist HornerFkt evtl dasselbe, was in Math.Poly steht?

[gammatester]

Zitat von sirius:

Ist HornerFkt evtl dasselbe, was in Math.Poly steht?

Fast, aber halt nicht ganz: Bei math.poly hat man keine Wahl, was den Grad des Polynoms betrifft. Wenn poly(x) = c[0] + c[1]*x + c[2]*x^2 + ... + c[m]*x^m ist, kann man bei HornerFkt n<=m eingegeben und math.poly rechnet immer mit n=m.