Javaの数値計算ライブラリApache Commons Mathを使う(2) 補間を行う（Interpolate) リニア、Akimaスプラインなどいろいろある。JFreeChartで散布図とXYプロットを描く。

今回は補間。

https://commons.apache.org/proper/commons-math/javadocs/api-3.6.1/org/apache/commons/math3/analysis/interpolation/package-summary.html

いろいろあるがリニアとAkima（秋間）スプラインを使ってみよう。

コードはこんな感じ。

import org.apache.commons.math3.analysis.UnivariateFunction;

import org.apache.commons.math3.analysis.interpolation.AkimaSplineInterpolator;

import org.apache.commons.math3.analysis.interpolation.LinearInterpolator;

import org.jfree.chart.ChartFactory;

import org.jfree.chart.ChartPanel;

import org.jfree.chart.JFreeChart;

import org.jfree.chart.plot.PlotOrientation;

import org.jfree.chart.plot.XYPlot;

import org.jfree.chart.renderer.xy.XYLineAndShapeRenderer;

import org.jfree.data.xy.XYSeries;

import org.jfree.data.xy.XYSeriesCollection;

import java.awt.BorderLayout;

import javax.swing.JFrame;

public class Interpolation extends JFrame {

    public static void main(String[] args) {

        Interpolation frame = new Interpolation();

        frame.setDefaultCloseOperation(JFrame.EXIT_ON_CLOSE);

        frame.setBounds(10, 10, 640, 480);

        frame.setTitle("Interpolation");

        frame.setVisible(true);

    }

    public Interpolation() {

        JFreeChart chart =

          ChartFactory.createXYLineChart("Interpolation",

                                         "x",

                                         "y",

                                         createData(),

                                         PlotOrientation.VERTICAL,

                                         true,

                                         false,

                                         false);

        XYPlot plot = chart.getXYPlot();

        XYLineAndShapeRenderer renderer =new XYLineAndShapeRenderer();

        renderer.setSeriesLinesVisible(0, false);

        renderer.setSeriesShapesVisible(1, false);

        renderer.setSeriesShapesVisible(2, false);

        plot.setRenderer(renderer);

        ChartPanel cpanel = new ChartPanel(chart);

        getContentPane().add(cpanel, BorderLayout.CENTER);

}

    private XYSeriesCollection createData(){

            int n = 10;

            double[] x = new double[n];

            double[] y = new double[n];

            for (int i = 0; i < n; i++) {

                x[i] = 2.0 * Math.PI * (double)i / (double)(n - 1);

                y[i] = Math.sin(x[i]);

            }

            int m = 50;

            double[] xval = new double[m];

            double[] yline = new double[m];

            double[] yakima = new double[m];

            LinearInterpolator linearInterpolator = new LinearInterpolator();

            AkimaSplineInterpolator akimaSplineInterpolator = new AkimaSplineInterpolator();

            UnivariateFunction lineFunction = linearInterpolator.interpolate(x, y);

            UnivariateFunction akimaFunction = akimaSplineInterpolator.interpolate(x, y);

            for (int i = 0; i < m; i++) {

                xval[i] = 2.0 * Math.PI * (double)i / (double)(m - 1);

                yline[i] = lineFunction.value(xval[i]);

                yakima[i] = akimaFunction.value(xval[i]);

            }

            XYSeriesCollection data = new XYSeriesCollection();

            XYSeries series1 = new XYSeries("Original Points");

            for (int i = 0 ; i < n ; i++){

              series1.add(x[i], y[i]);

            }

            XYSeries series2 = new XYSeries("Linear");

            for (int i = 0 ; i < m ; i++){

              series2.add(xval[i], yline[i]);

            }

            XYSeries series3 = new XYSeries("Spline");

            for (int i = 0 ; i < m ; i++){

              series3.add(xval[i], yakima[i]);

            }

            data.addSeries(series1);

            data.addSeries(series2);

            data.addSeries(series3);

            return data;

          }

}

実行結果。

ちゃんと補間されている。