Найти уравнение по множеству решений?
По бесконечному - нет.
По конечному - да. 
Если это набор экспериментальных данных, есть формула общего вида и необходимо подобрать коэффициенты, то обычно используют метод наименьших квадратов.
Нет.
Прямого решения в лоб не существует.
Вы можете использовать свой опыт, чтобы посмотреть на график и сделать вывод о характере и составе уравнения.
Другими словам, ответом будет - использование перебора и нейронных сетей (которые ещё нужно обучать распознавать графики). Вы сами, то есть ваш мозг, а точнее мозг профессора-математика, это, по сути, большая и сложная нейронная сеть, которая и решает подобные сложные задачи.
Но даже гений вряд ли придумает уравнение для чего-то подобного:spoiler