Если Вы хотите аналитически найти эту функцию -- или только угадать, или я не понимаю постановки задачи. Если Вы упомянули слова "численные методы", то проблемы нет -- проведите обычную многомерную интерполяцию. Книжку могу посоветовать Калиткин Н.Н. "Численные методы. Книга 1" (учебник состоит из двух томов, то, что Вам нужно, в первом томе в главе, посвящённой интерполяции).
Сразу оговорюсь, что это практическая инженерная задача.Судя по тому, что найти искомую функцию в аналитическом виде не представляется возможным, то искать её придётся в виде некоторого приближённого полинома. Также отбрасываю методы основанные на линейной интерполяции, ибо их результатом будет совершенной бесполезный полином огромного порядка (имеется 20000 точек данных), который очевидно никак не передаст характер функции, хоть и исключит погрешность. Поэтому рассматриваю численные методы. Далее по сути x4 является повторяющимся коэффициентом, поэтому взяв выборку с фиксированным коэффициентом попробую выполнить
4d least squares fitting.
Ну и на этом собственно всем спасибо за помощь.