拉格朗日插值法的最大毛病就是每次引入一个新的插值节点，基函数都要发生变化，这在一些实际生产环境中是不合适的，有时候会不断的有新的测量数据加入插值节点集，

因此，通过寻找n个插值节点构造的的插值函数与n+1个插值节点构造的插值函数之间的关系，形成了牛顿插值法。推演牛顿插值法的方式是归纳法，也就是计算Ln(x)- Ln+1(x)，并且从n=1开始不断的迭代来计算n+1时的插值函数。

牛顿插值法的公式是：

注意：在程序中我用W 代替

计算牛顿插值函数关键是要计算差商，n阶差商的表示方式如下：

关于差商我在这里并不讨论

计算n阶差商的公式是这样：

很明显计算n阶差商需要利用到两个n-1阶差商，这样在编程的时候很容易想到利用递归来实现计算n阶差商，不过需要注意的是递归有栈溢出的潜在危险，在计算差商的时候

更是如此，每一层递归都会包含两个递归，递归的总次数呈满二叉树分布：

这意味着递归次数会急剧增加:(。所以在具体的应用中还需要根据应用来改变思路或者优化代码。

废话少说，放码过来。

首先写最关键的一步，也就是计算n阶差商：

"""

@brief: 计算n阶差商 f[x0, x1, x2 ... xn]

@param: xi 所有插值节点的横坐标集合 o

@param: fi 所有插值节点的纵坐标集合 / \

@return: 返回xi的i阶差商(i为xi长度减1) o o

@notice: a. 必须确保xi与fi长度相等 / \ / \

b. 由于用到了递归，所以留意不要爆栈了. o o o o

c. 递归减递归(每层递归包含两个递归函数), 每层递归次数呈二次幂增长，总次数是一个满二叉树的所有节点数量(所以极易栈溢出)

"""

def get_order_diff_quot(xi = [], fi = []):

if len(xi) > 2 and len(fi) > 2:

return (get_order_diff_quot(xi[:len(xi) - 1], fi[:len(fi) - 1]) - get_order_diff_quot(xi[1:len(xi)], fi[1:len(fi)])) / float(xi[0] - xi[-1])

return (fi[0] - fi[1]) / float(xi[0] - xi[1])

看上面的牛顿插值函数公式，有了差商，还差

这个就比较好实现了：

"""

@brief: 获得Wi(x)函数;

Wi的含义举例 W1 = (x - x0); W2 = (x - x0)(x - x1); W3 = (x - x0)(x - x1)(x - x2)

@param: i i阶(i次多项式)

@param: xi 所有插值节点的横坐标集合

@return: 返回Wi(x)函数

"""

def get_Wi(i = 0, xi = []):

def Wi(x):

result = 1.0

for each in range(i):

result *= (x - xi[each])

return result

return Wi

OK， 牛顿插值法最重要的两部分都有了，下面就是将这两部分组合成牛顿插值函数，如果是c之类的语言就需要保存一些中间数据了，我利用了Python的闭包直接返回一个牛顿插值函数，闭包可以利用到它所处的函数之中的上下文数据。

"""

@brief: 获得牛顿插值函数

@

"""

def get_Newton_inter(xi = [], fi = []):

def Newton_inter(x):

result = fi[0]

for i in range(2, len(xi)):

result += (get_order_diff_quot(xi[:i], fi[:i]) * get_Wi(i-1, xi)(x))

return result

return Newton_inter

上面这段代码就是对牛顿插值函数公式的翻译，注意get_Wi函数的参数是i-1，这个从

函数的表达式可以找到原因。

构造一些插值节点

''' 插值节点, 这里用二次函数生成插值节点，每两个节点x轴距离位10 '''

sr_x = [i for i in range(-50, 51, 10)]

sr_fx = [i**2 for i in sr_x]

获得牛顿插值函数

Nx = get_Newton_inter(sr_x, sr_fx) # 获得插值函数

tmp_x = [i for i in range(-50, 51)] # 测试用例

tmp_y = [Nx(i) for i in tmp_x] # 根据插值函数获得测试用例的纵坐标

完整代码：

# -*- coding: utf-8 -*-

"""

Created on Thu Nov 17 18:34:21 2016

@author: tete

@brief: 牛顿插值法

"""

import matplotlib.pyplot as plt

"""

@brief: 计算n阶差商 f[x0, x1, x2 ... xn]

@param: xi 所有插值节点的横坐标集合 o

@param: fi 所有插值节点的纵坐标集合 / \

@return: 返回xi的i阶差商(i为xi长度减1) o o

@notice: a. 必须确保xi与fi长度相等 / \ / \

b. 由于用到了递归，所以留意不要爆栈了. o o o o

c. 递归减递归(每层递归包含两个递归函数), 每层递归次数呈二次幂增长，总次数是一个满二叉树的所有节点数量(所以极易栈溢出)

"""

def get_order_diff_quot(xi = [], fi = []):

if len(xi) > 2 and len(fi) > 2:

return (get_order_diff_quot(xi[:len(xi) - 1], fi[:len(fi) - 1]) - get_order_diff_quot(xi[1:len(xi)], fi[1:len(fi)])) / float(xi[0] - xi[-1])

return (fi[0] - fi[1]) / float(xi[0] - xi[1])

"""

@brief: 获得Wi(x)函数;

Wi的含义举例 W1 = (x - x0); W2 = (x - x0)(x - x1); W3 = (x - x0)(x - x1)(x - x2)

@param: i i阶(i次多项式)

@param: xi 所有插值节点的横坐标集合

@return: 返回Wi(x)函数

"""

def get_Wi(i = 0, xi = []):

def Wi(x):

result = 1.0

for each in range(i):

result *= (x - xi[each])

return result

return Wi

"""

@brief: 获得牛顿插值函数

@

"""

def get_Newton_inter(xi = [], fi = []):

def Newton_inter(x):

result = fi[0]

for i in range(2, len(xi)):

result += (get_order_diff_quot(xi[:i], fi[:i]) * get_Wi(i-1, xi)(x))

return result

return Newton_inter

"""

demo:

"""

if __name__ == '__main__':

''' 插值节点, 这里用二次函数生成插值节点，每两个节点x轴距离位10 '''

sr_x = [i for i in range(-50, 51, 10)]

sr_fx = [i**2 for i in sr_x]

Nx = get_Newton_inter(sr_x, sr_fx) # 获得插值函数

tmp_x = [i for i in range(-50, 51)] # 测试用例

tmp_y = [Nx(i) for i in tmp_x] # 根据插值函数获得测试用例的纵坐标

''' 画图 '''

plt.figure("I love china")

ax1 = plt.subplot(111)

plt.sca(ax1)

plt.plot(sr_x, sr_fx, linestyle = '', marker='o', color='b')

plt.plot(tmp_x, tmp_y, linestyle = '--', color='r')

plt.show()