Why does my polynomial interpolation attempt yield a line?

I have a vector of data p_reconstructed that is zero everywhere except a few places. The nonzero indices are obtained with interpolant_points = find(p_reconstructed) and the corresponding values interpolant_values = p_reconstructed(interpolant_points).

I want to create a polynomial which interpolates those points. I try to use the polyfit command:

 p_poly_coeff        =
 polyfit(interpolant_points,interpolant_values,5); p_poly_interpolated
 = polyval(p_poly_coeff,x);

However, when I plot this plot(x,p_poly_interpolated,'--') I see a line. Why?

MWE:

clear all
close all
tic
%% Synthetic data construction
M=255; % M+1 total grid points
h=1/M; % Grid point spacing. 
x=(0:h:1)'; % Lattice in column vector

mu          = 0.3;
sigma       = 0.125;
p           = exp(-(x-mu).^2 / sigma^2); % p = 0 for reference problem
p_reference = zeros(M+1,1);
lambda      = [2,4,6,8,16,32,48];
%lambda = [2,6,16,48];
% Operator L = -Del + p

L_diag   = 2/h^2 * eye(M+1,M+1) + diag(p);
L        = spdiags([-1/h^2 0 -1/h^2],-1:1,M+1,M+1) + L_diag;
L(1,2)   = -2/h^2;
L(M+1,M) = -2/h^2;

L_ref_diag   = 2/h^2 * eye(M+1,M+1) + diag(p_reference);
L_ref        = spdiags([-1/h^2 0 -1/h^2],-1:1,M+1,M+1) + L_ref_diag;
L_ref(1,2)   = -2/h^2;
L_ref(M+1,M) = -2/h^2;

%% Store solution vectors per lambda in a matrix
u_lambda           = zeros(M+1,numel(lambda)); % [u(x; lambda_1) | ... | u(x; lambda_2024)]
u_lambda_reference = zeros(M+1,numel(lambda)); 

for j = 1:numel(lambda)
    % Each column is a solution for a particular value of lambda
    [u_lambda(:,j)]           = LSL_FD(M,L,h,lambda(j)); % (u_j(0), u_j(1), ..., u_j(M))^T
    [u_lambda_reference(:,j)] = LSL_FD(M,L_ref,h,lambda(j));
end

D      = ones(1,M+1)*h;
D(1)   = h/2;
D(end) = h/2;
D      = diag(D);

%% Synthetic data F(lambda) = u(0,lambda), dF/dlambda = u^T u
F           = u_lambda(1,:)'; % u(0, lambda_i)
F_reference = u_lambda_reference(1,:)';

dF_dlambda           = zeros(numel(lambda),1);
dF_dlambda_reference = zeros(numel(lambda),1);
b                    = F;
b_ref                = F_reference;

for i = 1:numel(lambda)
    % dF/dlambda = -u^T D u
    dF_dlambda(i) = -u_lambda(:,i)' * D * u_lambda(:,i);
    dF_dlambda_reference(i) = -u_lambda_reference(:,i)' * D * u_lambda_reference(:,i);
end

%% Mass & Stiffness matrices & b column vector
% M & S are symmetric w.r.t <-,->_D
% M_ii = -u^T D u
% S_ii = lambda dF/dlambda + F
Mass      = -diag(dF_dlambda); 
Stiffness = diag(diag(lambda)*(dF_dlambda) + F); % lambda dF/dlambda + F

Mass_reference      =  -diag(dF_dlambda_reference);
Stiffness_reference = diag(diag(lambda) * (dF_dlambda_reference) + F_reference);

% Mass(i,j) ?= u_i^T D u_j =: benchmark_Mass,
% Stiffness(i,j) ?= u_i^T D A u_j =: benchmark_Stiffness
benchmark_Mass      = Mass*0;
benchmark_Stiffness = Stiffness*0;

benchmark_Mass_reference      = Mass_reference*0;
benchmark_Stiffness_reference = Stiffness_reference*0;

for i = 1:numel(lambda)
    for j = 1:numel(lambda)

        if j ~= i
            Mass(i,j)      = (F(i)           -       F(j)    )/(lambda(j) - lambda(i));
            Stiffness(i,j) = (F(j)*lambda(j) - F(i)*lambda(i))/(lambda(j) - lambda(i));

            Mass_reference(i,j)      = (F_reference(i)           - F_reference(j)          )/(lambda(j) - lambda(i));
            Stiffness_reference(i,j) = (F_reference(j)*lambda(j) - F_reference(i)*lambda(i))/(lambda(j) - lambda(i));
        end

      benchmark_Mass(i,j)      = u_lambda(:,i)' * D * u_lambda(:,j);
      benchmark_Stiffness(i,j) = u_lambda(:,i)' * D * L * u_lambda(:,j); 

      benchmark_Mass_reference(i,j)      = u_lambda_reference(:,i)' * D * u_lambda_reference(:,j);
      benchmark_Stiffness_reference(i,j) = u_lambda_reference(:,i)' * D * L_ref * u_lambda_reference(:,j); 

    end
end

%% Lanczos algorithm & truncated ROM
V           = u_lambda;
V_ref       = u_lambda_reference;

threshold = 10^(-12);

[X,eig_values]          = eig(Mass);
[X_ref, eig_values_ref] = eig(Mass_reference);

% Enforce increasing order of eigenvalues & eigenvectors
if ~issorted(diag(eig_values))
    [eig_values,I] = sort(diag(eig_values));
    X = X(:, I);
end

if ~issorted(diag(eig_values_ref))
    [eig_values_ref,I_ref] = sort(diag(eig_values_ref));
    X_ref = X_ref(:, I_ref);
end

% Grab the dominant eigenvectors 
index_threshold = 0;
for i = 1:length(diag(eig_values))
    if eig_values(i,i) > eig_values(end)*threshold
        index_threshold=i;
        break;
    end
end
Z = X(:,index_threshold:end);
[row_Z, l] = size(Z); % Eq. (5.8) Z in R^mxl
index_threshold = 0;
for i = 1:length(diag(eig_values_ref))
    if eig_values_ref(i,i) > eig_values_ref(end)*threshold
        index_threshold=i;
        break;
    end
end
Z_ref = X_ref(:,index_threshold:end);

V_tilde = V * Z;
M_tilde = Z' * Mass * Z;
S_tilde = Z' * Stiffness * Z; 

V_tilde_ref = V_ref * Z_ref;
M_tilde_ref = Z_ref' * Mass_reference * Z_ref;   
S_tilde_ref = Z_ref' * Stiffness_reference * Z_ref; 

M_inverse = inv(M_tilde);
A_tilde         = M_inverse*S_tilde;
b_tilde         = Z'*b;  
[row col] = size(M_tilde);
m         = col;

M_inverse_ref           = inv(M_tilde_ref);
A_tilde_ref             = M_inverse_ref*S_tilde_ref;
b_tilde_ref             = Z_ref'*b_ref;  
[row_ref col_ref] = size(M_tilde_ref);
m_ref             = col_ref;

[Q_tilde_ref,alpha_tilde_ref,beta_tilde_ref] = Lanczos(A_tilde_ref,M_tilde_ref,M_inverse_ref,b_tilde_ref,m_ref); % Perform Lanczos for change of basis: QV

[Q_tilde,alpha_tilde,beta_tilde] = Lanczos(A_tilde,M_tilde,M_inverse,b_tilde,m); % Perform Lanczos for change of basis: QV

%% Lippman-Schwinger formulation 

% Eq (3.8): u ~= sqrt(b^T inv(M) b) V_0 Q_0 (T+ lambda * Id)^-1 e_1
T_tilde = diag(beta_tilde(1:end-1),-1) + diag(alpha_tilde,0) + diag(beta_tilde(1:end-1),1);
T_tilde_ref = diag(beta_tilde_ref(1:end-1),-1) + diag(alpha_tilde_ref,0) + diag(beta_tilde_ref(1:end-1),1);

e1 = ones(length(b_tilde),1);
e1(2:end) = 0;
u_approx = zeros(length(x), l);

for i = 1:l
    u_approx(:,i) = sqrt(b_tilde' * M_inverse * b_tilde) * V_tilde_ref * Q_tilde_ref * inv(T_tilde + lambda(i)*eye(size(T_tilde))) * e1;
end

% Solve inverse problem F_0 - F_p = <u_approx, p u_ref>

W       = zeros(l,length(x));
deltaF  = zeros(l,1);

for j = 1:l
    W(j,:)    = (   u_approx(:,j)  .*  u_lambda(:,j)   )'; % Each row corresponds to lambda = lambda_j
    deltaF(j) = (   F_reference(j) -            F(j)   );  % Real column vector with l components
end

p_reconstructed = WdeltaF;

interpolant_points = find(p_reconstructed); % indices of nonzero values of reconstructed potential
interpolant_values = p_reconstructed(interpolant_points); 

p_poly_coeff        = polyfit(interpolant_points,interpolant_values,5);
p_poly_interpolated = polyval(p_poly_coeff,x);

figure

subplot(2,1,1)
hold on
plot(x,p);
plot(x,p_poly_interpolated,'--')
hold off
subplot(2,1,2)
hold on
plot(x, V_tilde * Q_tilde(:,1), x, V_tilde_ref * Q_tilde_ref(:,1),'--');
plot(x, V_tilde * Q_tilde(:,2), x, V_tilde_ref * Q_tilde_ref(:,2),'--');
plot(x, V_tilde * Q_tilde(:,3), x, V_tilde_ref * Q_tilde_ref(:,3),'--');
xlabel("Grid");
ylabel("Basis vectors"), 

title('First three columns: $widetilde{V}widetilde{Q}$ and $widetilde{V}_0 widetilde{Q}_0$','Interpreter','latex','FontSize',16)
hold off
%% Finite difference scheme to solve the BVP: -u'' + (p(x) + lambda)u = g(x), u'(0)=-1, u'(1)=0
function [u] = LSL_FD(M,L,h,lambda)
    % Coefficient matrix A is M+1 x M+1
    A = L + lambda * eye(M+1,M+1);
    % Construct right-hand-side Mx1 vector f =(2/h, 0, ..., 0)^T 
    f = zeros(M+1,1);
    f(1)=2/h;
    
    % Solve the linear system Au = f
    u = Af;
end



function [Q, alpha, beta] = Lanczos(A,Mass,M_inverse,b,iter)
    %% Some initialization
    [row, col] = size(b);

    Q          = zeros(row, iter); % Q = [q_1 | q_2 | ... | q_m]
    Q(:,1)     = (M_inverse*b)/sqrt(b'*M_inverse*b);  % q_1 = M^-1 b /sqrt(b^T inv(M) b)

    alpha = zeros(iter,1);   % Main diagonal
    beta  = zeros(iter-1,1); % Sub/Super diagonal
    
    %% Perform the Lanczos iteration: three-term recurrence relation
    for i = 1:iter
        %% Construct column vector q_(i+1) as Q = [... | q_(i+1) | ...]
        v        = A*Q(:,i);      % A * q_i 
        alpha(i) = Q(:,i)' * Mass * v; % M inner product: q_i^T M * A * q_i
    
        v = v - alpha(i)*Q(:,i);  
        if i > 1
            v = v - beta(i-1)*Q(:,i-1); % q_i = (A q_i - beta_(i-1) q_(i-1) - alpha_i q_i)
        end

        % Enforce orthoganalization to overcome loss of orthognalization
        for k = 1:3
            for j = i:-1:1
                cf  = Q(:,j)' * Mass * v;
                v   = v - cf*Q(:,j);
            end
        end
        
        beta(i)  = sqrt(v' * Mass * v); % norm corresponding to M inner product
        v = v/beta(i); % Normalize w.r.t M inner-product
        
        if i < iter
            % i = iter => Q is m x m+1
            Q(:,i+1) = v;
        end
    end
end

toc

Trang chủ Giới thiệu Sinh nhật bé trai Sinh nhật bé gái Tổ chức sự kiện Biểu diễn giải trí Dịch vụ khác Trang trí tiệc cưới Tổ chức khai trương Tư vấn dịch vụ Thư viện ảnh Tin tức - sự kiện Liên hệ Chú hề sinh nhật Trang trí YEAR END PARTY công ty Trang trí tất niên cuối năm Trang trí tất niên xu hướng mới nhất Trang trí sinh nhật bé trai Hải Đăng Trang trí sinh nhật bé Khánh Vân Trang trí sinh nhật Bích Ngân Trang trí sinh nhật bé Thanh Trang Thuê ông già Noel phát quà Biểu diễn xiếc khỉ Xiếc quay đĩa Dịch vụ tổ chức sự kiện 5 sao Thông tin về chúng tôi Dịch vụ sinh nhật bé trai Dịch vụ sinh nhật bé gái Sự kiện trọn gói Các tiết mục giải trí Dịch vụ bổ trợ Tiệc cưới sang trọng Dịch vụ khai trương Tư vấn tổ chức sự kiện Hình ảnh sự kiện Cập nhật tin tức Liên hệ ngay Thuê chú hề chuyên nghiệp Tiệc tất niên cho công ty Trang trí tiệc cuối năm Tiệc tất niên độc đáo Sinh nhật bé Hải Đăng Sinh nhật đáng yêu bé Khánh Vân Sinh nhật sang trọng Bích Ngân Tiệc sinh nhật bé Thanh Trang Dịch vụ ông già Noel Xiếc thú vui nhộn Biểu diễn xiếc quay đĩa Dịch vụ tổ chức tiệc uy tín Khám phá dịch vụ của chúng tôi Tiệc sinh nhật cho bé trai Trang trí tiệc cho bé gái Gói sự kiện chuyên nghiệp Chương trình giải trí hấp dẫn Dịch vụ hỗ trợ sự kiện Trang trí tiệc cưới đẹp Khởi đầu thành công với khai trương Chuyên gia tư vấn sự kiện Xem ảnh các sự kiện đẹp Tin mới về sự kiện Kết nối với đội ngũ chuyên gia Chú hề vui nhộn cho tiệc sinh nhật Ý tưởng tiệc cuối năm Tất niên độc đáo Trang trí tiệc hiện đại Tổ chức sinh nhật cho Hải Đăng Sinh nhật độc quyền Khánh Vân Phong cách tiệc Bích Ngân Trang trí tiệc bé Thanh Trang Thuê dịch vụ ông già Noel chuyên nghiệp Xem xiếc khỉ đặc sắc Xiếc quay đĩa thú vị
Trang chủ Giới thiệu Sinh nhật bé trai Sinh nhật bé gái Tổ chức sự kiện Biểu diễn giải trí Dịch vụ khác Trang trí tiệc cưới Tổ chức khai trương Tư vấn dịch vụ Thư viện ảnh Tin tức - sự kiện Liên hệ Chú hề sinh nhật Trang trí YEAR END PARTY công ty Trang trí tất niên cuối năm Trang trí tất niên xu hướng mới nhất Trang trí sinh nhật bé trai Hải Đăng Trang trí sinh nhật bé Khánh Vân Trang trí sinh nhật Bích Ngân Trang trí sinh nhật bé Thanh Trang Thuê ông già Noel phát quà Biểu diễn xiếc khỉ Xiếc quay đĩa
Thiết kế website Thiết kế website Thiết kế website Cách kháng tài khoản quảng cáo Mua bán Fanpage Facebook Dịch vụ SEO Tổ chức sinh nhật