数值计算方法 松弛迭代法 - 松弛迭代法
迭代法的收敛性与稳定性 - 松弛迭代法、迭代法的收敛性与稳定性
定义 6.5 设有矩阵序列 Ak (aij(k ) ) Rnn 及 Ak (aij ) Rnn ，如果 n2 个数列极限存在
且有
lim
k
a (k) ij
aij
(i,
j
1,2,..., n)
则
Ak
称收敛于
A
记为 lim(k
)
。
定理 6.5
lim
k
Ak
A
lim
三 松弛法例题与程序
例 6.9 取 1.4, x(0) (1,1,1)T 用超松弛法解方程组
2x1 x2
1
x1 2x2 x3 0
x2 2x3 1.8
� � 解：由 xi(k1)
(1 )xik
aii
(bi
i 1 j 1
a x(k 1) ij j
n
aij
x
(k j
x j(k ) ) / aii xi(k )
j i
j i 1
i 1
n
(bi aij x j(k 1) aij x j(k ) ) / aii
ji
ji
(i 1,, n; k 0,1,).
� � i1
n
xi
b x(k 1) ij j
bij
x(k) j
gi
x(k) i
j 1
j i 1
a x(k1) ij j
aij x(jk ) ) / aii .
j 1
j i 1
(2) 再由 x(k) 与 ~xi(k 1) 加权平均定义 xi(k 1) ，即
x(k 1) i
(1 )xi(k)
x%i(k 1)
数值计算方法复习要点
第一章引论计算方法解决问题的主要思想计算方法的精髓：以直代曲、化繁为简1、采用“构造性”方法构造性方法是指具体地把问题的计算公式构造出来。
这种方法不但证明了问题的存在性，而且有了具体的计算公式，就便于编制程序上机计算。
2、采用“离散化”方法把连续变量问题转为求离散变量问题。
例：把定积分离散成求和，把微分方程离散成差分方程。
3、采用“递推化”方法将复杂的计算过程归结为简单过程的多次重复。
由于递推算法便于编写程序，所以数值计算中常采用“递推化”方法。
4、采用“近似代替”方法计算机运算必须在有限次停止，所以数值方法常表现为一个无穷过程的截断，把一个无限过程的数学问题，转化为满足一定误差要求的有限步来近似替代。
算法的可行性分析时间复杂度、空间复杂度分析算法的复杂性（包含时间复杂性和空间复杂性）。
时间复杂度是算法耗费时间的度量。
算法的空间复杂度是指算法需占用存储空间的量度算法的可靠性分析良态算法、病态算法一个算法若运算过程中舍入误差的积累对最后计算结果影响很大，则称该算法是不稳定的或病态算法，反之称为稳定算法或良态算法。
误差的来源1、模型误差我们所建立的数学模型是对实际问题进行抽象简化而得到的。
因而总是近似的，这就产生了误差。
这种数学模型解与实际问题的解之间出现的误差，称为模型误差。
2、观测误差观测到的数据与实际数据之差。
3、截断误差数学模型的准确解与计算方法的准确解之间的误差。
4、舍入误差由于计算机字长有限，原始数据在计算机上表示会产生误差，每次计算又会产生新的误差，这种误差称为舍入误差。
绝对误差、相对误差定义2 记x*为x的近似数，称E(x)=x-x*为近似数x*的绝对误差，|E(x)|为绝对误差限。
定义3 称Er(x)=(x-x*)/x为近似数x*的相对误差。
实际运算时也将Er*(x)=(x-x*)/x*称为近似数x*的相对误差。
“四舍五入”：即尾数是4或以下则舍去，尾数是6或以上则进1，如果尾数是5，则规定：前面一位数字是偶数则舍去，奇数则进1。
非线性方程的二分法-迭代法-松弛迭代法-Aitken迭代法-Steffensen迭代法
err=input('请输入最大极限err=\n');
k=0;
y=fun(x0)
z=fun(y)
x1=x0-(y-x0)^2/(z-2*y+x0)
cha=abs(y2-y1);
y1=y2;
x2=x3;
ifk>N
disp('超过迭代次数！');
break;
end
end
x=x2;
k;
%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%
function[x,k]=Steffensen()
x0=input('输入初值x0=\n');
b=c;
elseifyb*yc>0
b=c;
yb=yc;
else
a3;b)/2;
k;
end
%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%
function[x,k]=diedai1()
x0=input('输入初值x0=\n');
N=input('请输入最大迭代次数N=\n');
【实验内容】
1、二分法
假定方程 在区间 内有唯一的实根 。此时， 即为有根区间。
1.1基本思想：
首先确定有根区间，然后平分有根区间，通过判断区间端点处的函数值符号，逐步将有根区间缩小，直至有根区间足够地小，便可求出满足给定精度要求的根 的近似值。
1.2算法过程：
取 ，将 代入方程 ，判断它的正负号，并用 替换与它同方向的区间端点，依次循环得到：
2、迭代法
2.1基本思想：
超松弛迭代法中松弛因子ω的选取方法
超松弛迭代法中松弛因子ω的选取方法一、超松弛迭代算法基本概念超松弛迭代法简称为SOR(Successive Over -- Relaxation)法，是求解线性代数方程组的一种迭代加速方法，它是在高斯--塞德尔迭代法的基础上进行加速的，将前一步的结果x k i )(与高斯--塞德尔迭代方法的迭代值x k i )1(+适当的加权平均，期望获得更好的近似值x k i )1(+。
其迭代公式如下：x k i )1(+=（1--ω）x k i )(+a iiw （b i --x a k j i j ij )1(11+-=∑--x a j n i j ij (k)∑=） i =1,2,…,n;k =0,1,2,…(1.1)SOR 法中ω的取值对迭代公式的收敛速度影响很大，它的好坏直接影响到加速的快慢。
为了保证迭代过程的收敛，必须要求0<ω<2，超松弛法取1<ω<2。
但是在1和2之间仍然有很多的取值，究竟如何取值没有同意的规定。
经过多次的实验、分析与研究提出了ω选取的几种方法。
二、松弛因子ω的选取方法1、逐步实验法将ω的取值区间（1,2）进行M 等分，ω分别取1+1/M ，1+2/M ，……，1+（M--1）/M ，通过公式1.1依次对同一精度要求求出迭代次数k 的值，在求的同时比较出最少的迭代次数k ，并将此次ω的值保留，这样就得到了1+1/M ，1+2/M ，……，1+（M--1）/M 中最优的ω值，算法步骤如下：第一步：给定M 的值第二步：对于，ω分别取1+1/M ，1+2/M ，……，1+（M--1）/M 按照公式 x k i )1(+=（1--ω）x k i )(+a iiw （b i ---x a k j i j ij )1(11+-=∑---x a j n i j ij (k)∑=） i =1,2,…,n;k =0,1,2,…根据给定的精度要求迭代，求出迭代次数k 的值。
数值分析课程设计-- 松弛迭代法中松弛因子
数值分析课程设计-- 松弛迭代法中松弛因子安徽建筑大学数值分析设计报告书题目松弛迭代法中松弛因子院系数理系专业信息与计算科学班级信息②班学号 12207210220 姓名穆海山时间 2013-12-10~2013-12-23指导教师刘华勇题目：选用Jacobi 迭代法、Gauss-Seidel 迭代法和超松弛迭代法求解下面的方程组（考虑n 等于150）123216186186186186186n n n x x x x x x --⎡⎤⎡⎤⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎣⎦⎣⎦=10.522.522.522.522.521⎡⎤⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎣⎦考虑初值的变化和松弛因子ω的变化收敛效果的影响；对上述方程组还可以采用哪些方法求解？选择其中一些方法编程上机求解上述方程组，说明最适合的是什么方法；将计算结果进行比较分析，谈谈你对这些方法的看法。
一、摘要本课程设计用matlab 就线性方程组数值方法，Jacobi 迭代法，Gauss-Seidel 迭代法，超松弛法对所设计的问题进行求解，并编写程序在Matlab 中实现，在文章中对各种迭代法进行了收敛性分析。
接着用几种不同方法对线性方程组进行求解及结果分析，最后对此次课程设计进行了总结。
关键词：线性方程组，迭代，Matlab ，结果分析二、设计目的用熟悉的计算机语言编程上机求解线性方程组。
三、理论基础对方程组 Ax b = 做等价变换 x Gx g =+ 如：令 A M N =-，则11()Ax b M N x b Mx Nx b x M Nx M b --=⇒-=⇒=+⇒=+则，我们可以构造序列 (1)() k k x G x g +=+ 若 ()*k x x →* **x G x g Ax b ⇒=+⇒= 同时：(1)()()**(*)k k k x x Gx Gx G x x +-=-=-1(0)(*)k G x x +==-所以，序列收敛0k G ⇔→，与初值的选取无关1122(,,,)nn D diag a a a =设则转化为矩阵形式(1)()1()()k k k x x D b Ax +-=+-(1)()1()1k k k x x D Ax D b +--=-+(1)1()1()k k x D D A x D b +--=-+ (1)令2112000000n n a L a a ⎛⎫ ⎪- ⎪= ⎪⎪--⎝⎭1212000000n n a a a U --⎛⎫⎪- ⎪= ⎪ ⎪⎝⎭A D L U =-- 或者 D A L U -=+故迭代过程(1)化为(1)1()1()k k x D D A x D b +--=-+ (1)1()1()k k x D L U x D b +--=++ A D L U =-- 11(),,J B D L U f D b --=+=令于是D A L U -=+1111()() , J B D L U D D A I D A f D b----=+=-=-=或者：(1)()k k J x B x f+=+(2)(0,1,2,)k =等价线性方程组为J x B x f=+Ax b =称(2)式为解线性方程组(1)的Jacobi 迭代法(J 法)J B Jacobi 为迭代法的迭代矩阵迭代矩阵 考虑迭代式(2)(1)()k k J x B x f+=+ (0,1,2,)k =即(1)1()1()k k x D L U x D b +--=++ (1)()()k k k Dx Lx Ux b +=++(,)L 注意到的形式下三角不含对角线将上式改为 (1)(1)()k k k DxLx Ux b ++=++ (3) (1)()()k k D L x Ux b +-=+D L -当可逆时 (1)1()1()()k k xD L Ux D L b +--=-+- 11(),(),G G B D L U f D L b --=-=-设得(1)()k k G Gx B x f +=+(4)(0,1,2,)k =超松弛迭代记 ()(1)()k k k x xx +∆=-则 (1)()()k k k xx x +=+∆ 可以看作在前一步上加一个修正量。
数值计算方法期末总结
数值计算方法期末总结导言数值计算是近年来发展迅速的一门学科，它研究如何利用数字近似计算数学方程和问题的解。
在科学计算、工程分析、金融建模等领域都有广泛应用。
本文将对数值计算方法进行总结，包括数值逼近、插值与外推、数值微积分、线性方程组解法、非线性方程解法、数值积分与数值微分以及随机数生成与蒙特卡洛方法。
通过总结这些方法的基本原理、优缺点和应用领域，可以帮助读者更好地理解和运用数值计算方法。
一、数值逼近数值逼近是指通过有限次数的计算，利用某一数列逐步逼近函数的值。
数值逼近可以分为插值和外推。
插值是在给定的有限个数据点之间找到一个函数，使得函数经过这些数据点。
而外推是利用已知数据点的决策逐渐增加，以获得更精确的近似值。
在实际应用中，数值逼近被广泛应用于数据处理和数据分析中，常用于构造曲线拟合、图像处理和信号处理中。
数值逼近的方法有拉格朗日插值、牛顿插值和埃尔米特插值等。
二、插值与外推插值与外推是数值计算中用于估计未知函数值的重要工具。
插值是在给定数据点之间构造一个模型函数，使得函数经过这些数据点。
外推是利用一些已知数据点的决策逐渐逼近未知函数的方向。
常用的插值与外推方法有多项式外推、样条插值、最小二乘法、有限差分法等。
它们可以用于函数逼近、数据拟合和数值求解等问题。
三、数值微积分数值微积分是一种利用数值方法来近似计算积分和求解微分方程的方法。
数值微积分广泛应用于工程计算、金融建模和科学研究等领域，是计算机辅助设计和分析的关键技术之一。
在数值微积分中，常用的方法有数值积分和数值微分。
数值积分主要用于求解曲线下面积和计算函数的平均值等问题，常用方法有复合梯形公式、复合辛普森公式、复合高斯公式等。
而数值微分主要用于近似计算函数的导数，常用方法有有限差分法、龙贝格公式和微分方程的数值解法等。
四、线性方程组解法线性方程组是科学计算中的重要问题之一，其求解方法的好坏直接影响到计算结果的精度和稳定性。
线性方程组的求解方法有直接法和迭代法两种。
松弛迭代法
一、松弛迭代计算公式
松弛迭代法
赛德尔迭代法的迭代公式可表示为 i 1 n 1 xi( m +1) = (bi ∑ aij x (jm +1) ∑ aij x (jm ) ) aii j =1 j =i +1
=x
(m) i i 1 n 1 ( m +1) + (bi ∑ aij x j ∑ aij x (jm ) ) aii j =1 j =i
令Bω = ( D ωL) 1[(1 ω ) D + ωU ], gω = ( D ωL) 1 b, 则
x ( m +1) = Bω x ( m ) + gω
(m = 0,1,2, L)
三、松弛法算法 输入 方程组的阶数n, A的元素aij，≤ i, j ≤ n; b的分量bi ,1 ≤ i ≤ n; 1
在实际计算中，松弛法常采用以下形式：
x
( m +1) i
= (1 ω ) x
( m) i
+ ω (bi ∑ aij x
j =1
i 1
( m +1) j
∑ aij x (jm ) ) / aii (i = 1,2, L , n)
j =i
n
二、松弛法的矩阵形式 x (m +1) = ( D ωL) 1[(1 ω ) D + ωU ]x ( m ) + ω ( D ωL) 1 b (m = 0,1,2, L)
ri( m +1) → 0(i = 1,2, L , n)
在修正量前乘上一个参数，即
xi( m +1) = xi( m ) + ωri( m +1)
松弛迭代法
松弛迭代法
拉格朗日松弛迭代法(Rayleigh-Ritz Relaxation Method，简称 RRR 法)也称为牛顿松弛迭代法，它结合了牛顿法和松弛迭代法的理论思想，是一种求解常微分方程组的迭代法。
该法引入拉格朗日函数作为迭代的手段，是一种改进的迭代法。
拉格朗日松弛迭代法的基本思想是：针对解决系统方程中的迭代过程，可以将周期性求解出的解表达成一个拉格朗日函数，然后计算最优解以期达到更快的收敛。
具体工作步骤如下：
第一步：初始化变量和精度参数；
第二步：将各变量表示成Fourier级数；
第三步：任意给定初始值，用此为步进量，将目标函数拆分为拉格朗日函数，使得精度参数达到最优值；
第四步：将此值作为步长，依次求解各个变量；
第五步：在迭代过程中，改变步长，即可更新函数值，达到最优解。
拉格朗日松弛迭代法基于牛顿法可以求解出一个准确的解，并以此作为步长，松弛系数以较小的步长，任意的改变步长，不断的拉格朗日函数更新，然后求解最优解，使得整个迭代过程逐渐收敛，同时也充分考虑了步长的变化，可以研究出解析解。
本方法既可以用于求解定常面上的静解又可以用于求解一定频率的动解，甚至于一般情况下的复杂系统，该法有着广泛的应用。
数值分析课件-num_3.4超松弛迭代法
第三章 线性方程组迭代解法§ 3.4 超松弛迭代法(SOR)一、SOR法迭代公式设线性方程组AX=b≠ 0（i=1,2,⋅⋅⋅⋅⋅⋅,n ）。
其中A非奇异，且aii如果已经得到第k次迭代量x (k)及第k+1次迭代量x (k+1)的前i-1个分量（x(k+1),x2 (k+1) ,⋅⋅⋅⋅⋅⋅,x i-1 (k+1) )，1在计算x(k+1)时，先用Gauss-Seidel迭代法得到i(1)选择参数ω，取(2)把 式（1）代入式（2）可以综合写成：即得超松弛法或逐次超松弛迭代法（Successive Over-Relaxation Method），简称SOR法。
或可表示成增量的形式：其中，参数ω叫做松弛因子；若ω=1，它就是Gauss-Seidel迭代法。
令A=D-L-U, SOR 法(2)式可写成：(1)1()1)[(1)]()k k XL D U XD L bωωωωω+--=-++-（D -再整理成：于是可导出SOR 法的矩阵形式：(1)()k k XB Xfω+=+其中，迭代矩阵和f 为:11)[(1)]()B L D U f D L bωωωωωω--⎧=-+⎪⎨=-⎪⎩（D -例3.6 用SOR法求解线性方程组解方程组的精确解为x=(3,4,-5)T，为了进行比较，利用同一初值x(0)=(1,1,1)T，分别取ω=1 (即Gauss-Seidel迭代法)和ω=1.25两组算式同时求解方程组。
①取ω=1 ，即Gauss-Seidel迭代：②取ω=1.25 ，即SOR迭代法：迭代结果见表3.3。
表3.3 Gauss-Seidel迭代法与SOR迭代法比较Gauss-Seidel迭代法SOR迭代法(ω=1.25)k x1x2x3x1x2x30 1.0000000 1.0000000 1.0000000 1.0000000 1.0000000 1.00000001 5.2500000 3.1825000-5.0468750 6.3125000 3.9195313-6.65014652 3.1406250 3.8828125-5.0292969 2.6223145 3.9585266-4.60042383 3.0878906 3.9267587-5.0183105 3.1333027 4.0402646-5.09668634 3.0549316 3.9542236-5.0114410 2.9570512 4.0074838-4.97348975 3.0343323 3.9713898-5.0071526 3.0037211 4.0029250-5.00571356 3.0214577 3.9821186-5.0044703 2.9963276 4.0009262-4.99828227 3.0134110 3.9888241-5.0027940 3.0000498 4.0002586-5.0003486迭代法若要精确到七位小数，◆ Gauss-Seidel迭代法需要34次迭代；◆而用SOR迭代法(ω=1.25)，只需要14次迭代。
《数值计算方法》教学大纲
河北联合大学第2012-2013-1学期《数值计算方法》教学大纲依据我校章程，特制定了适合我校理工科各专业本科生的《数值计算方法》教学大纲。
一、课程计划课程名称：数值计算方法Numerical Calculation Methods开课单位：理学院课程类型：专业必修课开设学期：第五学期讲授学时：共15周，每周4学时，共60学时学时安排：课堂教学44学时+实验教学16学时适用专业：信科、数学、统计理科专业本科生教学方式：讲授（多媒体为主）+上机考核方式：闭卷40% +上机实验20%+课程报告20% +平时成绩10%学分：4学分与其它课程的联系预修课程：数学分析、高等代数、常微分方程、计算机高级语言等。
后继课程：偏微分方程数值解及其它专业课程。
二、课程介绍数值计算方法也称为数值分析，是研究用计算机求解各种数学问题的数值方法及其理论的一门学科。
随着计算科学与技术的进步和发展，科学计算已经与理论研究、科学实验并列成为进行科学活动的三大基本手段，作为一门综合性的新科学，科学计算已经成为了人们进行科学活动必不可少的科学方法和工具。
数值计算方法是科学计算的核心内容，它既有纯数学高度抽象性与严密科学性的特点，又有应用的广泛性与实际实验的高度技术性的特点，是一门与计算机使用密切结合的实用性很强的数学课程。
主要介绍数值计算的误差、插值法、函数逼近与曲线拟合、线性方程组迭代解法、数值积分与数值微分、非线性方程组解法、矩阵特征值与特征向量数值计算以及常微分方程数值解，并特别加强实验环节的训练以提高学生动手能力。
通过本课程的学习，不仅能使学生初步掌握数值计算方法的基本理论知识，了解算法设计及数学建模思想，而且能使学生具备一定的科学计算能力和分析与解决问题的能力，不仅为学习后继课程打下良好的理论基础，也为将来从事科学计算、计算机应用和科学研究等工作奠定必要的数学基础。
教学与实验教学课堂教学实验教学论文报告机动课内学时课外学时学时数44 16 8 2 60 10三、重点难点课程重点：理解各种常用数值计算方法的数学原理和理论分析过程，掌握各种数值计算方法的示范性上机程序，学会设计数值算法的基本思路、一般原理和各种数值算法的程序实现。
matlab超松弛迭代法求方程组
一、介绍MATLAB（Matrix Laboratory）是一种用于数值计算和数据可视化的专业软件。
在MATLAB中，超松弛迭代法是解决线性方程组的一种有效算法。
本文将介绍MATLAB中超松弛迭代法的基本原理和实现方法，并给出一个具体的例子进行演示。
二、超松弛迭代法的基本原理超松弛迭代法是一种逐步迭代的算法，用于求解线性方程组。
它的基本原理是通过不断迭代更新方程组的解，直到达到满足精度要求的解。
超松弛迭代法的公式如下：X(k+1) = (1-w)X(k) + w*(D-L)⁻¹*(b+U*X(k))其中，X(k)代表第k次迭代的解向量，X(k+1)代表第k+1次迭代的解向量，D、L和U分别代表方程组的对角线元素、下三角元素和上三角元素构成的矩阵，b代表方程组的右端向量，w代表松弛因子。
超松弛迭代法的关键在于选择合适的松弛因子w，一般情况下，可以通过试验选取一个合适的值。
在MATLAB中，可以使用sor函数来实现超松弛迭代法。
三、MATLAB中超松弛迭代法的实现方法在MATLAB中，可以通过调用sor函数来实现超松弛迭代法。
sor 函数的语法格式如下：[X,flag,relres,iter,resvec] = sor(A,b,w,tol,maxit)其中，A代表线性方程组的系数矩阵，b代表右端向量，w代表松弛因子，tol代表迭代的精度要求，maxit代表最大迭代次数，X代表迭代求解得到的解向量，flag代表迭代的结果标志，relres代表相对残差的大小，iter代表迭代次数，resvec代表迭代过程中的残差向量。
以下是一个使用sor函数求解线性方程组的示例：A = [4 -1 0 -1 0 0; -1 4 -1 0 -1 0; 0 -1 4 0 0 -1; -1 0 0 4 -1 0; 0 -1 0 -1 4 -1; 0 0 -1 0 -1 4];b = [1; 0; -1; 0; 1; 0];w = 1.25;tol = 1e-6;maxit = 100;[X,flag,relres,iter,resvec] = sor(A,b,w,tol,maxit);通过调用sor函数，可以得到方程组的解向量X，迭代的结果标志flag，相对残余resrel和迭代次数iter。
迭代法
2 迭代法2.1 迭代法的一般概念迭代法是数值计算中一类典型方法，不仅用于方程求根，而且用于方程组求解，矩阵求特征值等方面。
迭代法的基本思想是一种逐次逼近的方法。
首先取一个精糙的近似值，然后用同一个递推公式，反复校正这个初值，直到满足预先给定的精度要求为止。
对于迭代法，一般需要讨论的基本问题是：迭代法的构造、迭代序列的收敛性天收敛速度以及误差估计。
这里，主要看看解方程迭代式的构造。
对方程(1.1)，在区间],[b a 内，可改写成为：)(x x ϕ= (2.1)取],[0b a x ∈，用递推公式：)(1k k x x ϕ=+, Λ,2,1,0=k(2.2)可得到序列：∞==0210}{,,,,k k k x x x x x ΛΛ(2.3) 当∞→k 时，序列∞=0}{k k x 有极限x ~，且)(x ϕ在x ~附近连续，则在式(2.2)两边极限，得，)~(~x x ϕ=即，x ~为方程(2.1)的根。
由于方式(1.1)和方程(2.1)等价，所以，x x ~*= 即，*lim x x k k =∞→ 式(2.2)称为迭代式，也称为迭代公式；)(x ϕ可称为迭代函数。
称求得的序列∞=0}{k k x为迭代序列。
2.2 程序和实例下面是基于MATLAB 的迭代法程序，用迭代格式)(1n n x g p =+，求解方程)(x g x =，其中初始值为0p 。
**************************************************************************function[p,k,err,P]=fixpt(f1021,p0,tol,max1)% f1021是给定的迭代函数。
% p0是给定的初始值。
% tol 是给定的误差界。
% max1是所允许的最大迭代次数。
% k 是所进行的迭代次数加1。
% p 是不动点的近似值。
% err 是误差。
% P = {p1,p2,…,pn}P(1) = p0;for k = 2:max1P(k) = feval('f1021', P(k-1));k, err = abs(P(k) - P(k-1))p = P(k);if(err<tol),break;endif k == max1disp('maximum number of iterations exceeded');endendP=P;****************************************************************************例2.1 用上述程序求方程0sin 2=-x x 的一个近似解，给定初始值5.00=x ，误差界为510-。
松弛迭代法
松弛迭代法松弛迭代法是一种解决复杂优化问题的新方法，其主要思想是采用迭代松弛的方式来求解数学优化问题。
它可以用来解决各种非线性最优化问题，如：单纯形、线性规划、最小二乘法和二次规划等。
以下是松弛迭代法的相关算法介绍。
1.法介绍松弛迭代法是一种基于迭代松弛的数学优化方法，算法的基本步骤如下：（1）确定一个初始松弛参数，其形式为σ>0；（2）计算一个初始解Xo；（3）根据此初始解Xo,算对应的步长和梯度，令X1=Xo-*Grad(Xo)；（4）重复步骤3,不断迭代，直至解变得满足优化算法的收敛条件为止；（5）输出最终的解X。
2. 优缺点松弛迭代法的优点是其高效收敛，算法简单易行，可以用来解决复杂优化问题，并且可以求得全局最优解。
另外，松弛迭代法的步长的选取简单，受到限制的条件较少，只需要给定一个初始松弛参数即可。
但是，松弛迭代法也有一定的缺点，比如：（1）算法只能求出局部最优解，不能保证全局最优解；（2）在求解复杂优化问题时，松弛参数的选取可能会影响算法的收敛性；（3）算法容易陷入局部最优解中，不能跳出局部最优解。
3.用实例松弛迭代法主要应用于复杂优化问题的求解，例如：（1）线性规划问题的求解：对于最简单的线性规划问题，给定n个未知变量，其目标函数可以表达为：min f(x)=cTx，松弛迭代法可以用来求解该问题；（2）最小二乘优化问题的求解：给定一组样本数据，其拟合模型可以表达为：min f(x)=∑||y-x||2，松弛迭代法可以用来求解该问题；（3）凸优化问题的求解：给定凸函数f(x)，求解min f(x)，松弛迭代法可以用来求解该问题。
4.论松弛迭代法是一种求解复杂优化问题的有效方法。
它的优点是算法简单易行，可以求得局部最优解，而且只需要给定一个初始松弛参数即可。
但它也有一定的缺点，比如不能保证全局最优解，受到步长选取影响，容易陷入局部最优解中，等等。
不过，由于松弛迭代法具有高效收敛性，可以用来求解线性规划、最小二乘法和二次规划等优化问题，它仍是一种有效的求解复杂优化问题的算法。
数值计算方法第三章 线性方程组迭代法
0,1,2,
取x1(0) 0, x2(0) 0,计算结果如下：
k0
x (k) 1
0
x (k) 2
0
1
2
3
4
0.66667 0.50000 0.61111 0.58333
0.50000 0.16667 0.25000 0.19445
5
6
7
8
9
0.60185 0.59722 0.60031 0.59954 0.6005
从而得迭代式 x(k1) (D L)1Ux (k) (D L)1 b, (k 0,1,2, )
上式中矩阵 M (D L)1U 为Gauss-Seidel迭代矩阵。
输入：A,b, n,
置初值： k 0; xi 0(i 1,L , n)
k k 1;e 0
3xx1 12xx22
2 1
精确到3位有效数字。
解 Gauss Siedel迭代格式为
x (k 1) 1
x (k 1) 2
(2 x2(k) ) / 3 (1 x1(k1) ) / 2
,
k
0,1,
2,L
取x1(0)
0,
x (0) 2
0, 计算结果如下：
0
101
0
1
10
2
1 0 0 101 1 1 5
0 0.1 0.2 0.1 0 0.2
0.2 0.2 0
取初值x (0) (0,0,0)T 代入迭代式
x(1) Bx (0) g (7.2,8.3,8.4)T x(2) Bx(1) g (9.17,10.70,11.50)T ，如此下去， x(9) Bx (1) g (10.9994 ,11.9994 ,12.9992 )T
对称超松弛迭代法 概述及解释说明
对称超松弛迭代法概述及解释说明1. 引言1.1 概述本篇文章旨在介绍对称超松弛迭代法的概述及解释说明。
对称超松弛迭代法是一种用于求解线性方程组的数值方法，它结合了迭代法和超松弛方法，能够在求解大型稀疏线性方程组时展现出良好的效果。
本文将从原理、算法流程以及应用和效果等方面进行详细说明，以帮助读者更好地理解该方法。
1.2 文章结构本文共分为四个部分：引言、对称超松弛迭代法概述、解释说明和结论。
在引言部分，我们将简要介绍本篇文章的主题和目的，并提供文章整体结构；在对称超松弛迭代法概述部分，我们将对迭代法、超松弛方法和对称超松弛迭代法进行逐一讲解；接着，在解释说明部分，我们将详细阐释该方法的原理，并提供算法流程说明，最后通过应用实例和效果分析来展示其实际应用价值；最后，在结论部分，我们将总结回顾全文内容，并展望未来对该领域的研究方向。
1.3 目的介绍对称超松弛迭代法的目的是为了提供一种有效求解线性方程组的数值方法，特别适用于复杂、大规模和稀疏问题。
本文旨在向读者介绍其背后的原理，阐明其算法流程，并通过实际应用和效果分析来证明其可行性和优越性。
最终目标是为读者提供一个全面而清晰的概述，帮助读者理解和运用对称超松弛迭代法解决实际问题。
2. 对称超松弛迭代法概述：2.1 迭代法简介:在数值分析和计算数学中，迭代法是一种通过从一个初始猜测值开始反复应用一个递归公式来逼近方程解的方法。
它广泛应用于线性方程组的求解问题。
不论是在工程领域还是科学研究中，线性方程组求解都是一个常见且重要的问题。
2.2 超松弛方法简介:超松弛方法（SOR）是迭代法中的一种技术，旨在加速收敛速度。
其核心思想是通过引入松弛因子来加快解的收敛过程。
对于每次迭代，在计算新解的分量时，超松弛方法允许我们使用之前已经更新但尚未完成全部迭代的分量进行估计。
该技术通常用于缩小残差并提高数值精度。
2.3 对称超松弛迭代法概述:对称超松弛（SSOR）迭代法结合了对称后退向前(SWEEP)和超松弛（SOR）的思想。
数值分析第三章线性方程组的迭代法课件
§ 3.3.2 Gauss—Seidel 迭代法的矩阵表示
将A分裂成A =D+L+U，则Ax b 等价于
(D+L+U )x = b
于是,则高斯—塞德尔迭代过程
Dx(k1) Lx(k1) Ux(k) b
因为 D 0 ,所以 D L D 0
故
(D L)x(k1) Ux(k) b
x(k1) (D L)1Ux(k) (D L)1b
e(k) x(k) x* Gx(k1) d (Gx* d) G(x(k1) x* ) Ge(k1)
于是 e(k) Ge(k1) G 2e(k2) Gk e(0)
由于 e (0)可以是任意向量,故 e(k) 收敛于0当且仅
故 (D L)x(k1) (1)D U x(k) b
显然对任何一个ω值,(D+ωL)非奇异, (因为假设 aii 0,i 1,2,, n )于是超松弛迭代公式为
x(k1) (D L)1 (1)D U x(k) (D L)1b
令 L (D L)1 (1)D U
f (D L)1b
则超松弛迭代 公式可写成
称为雅可比迭代公式, B称为雅可比迭代矩阵
雅可比迭代矩阵表示法，主要是用来讨论其收敛 性，实际计算中，要用雅可比迭代法公式的分量 形式。即
x1(k 1)
1 a11
(a12 x2(k )
a13 x3(k )
a1n xn(k )
b1 )
x2(k 1)
1 a 22
(a21 x1(k )
a23 x3(k )
§ 3.4.2超松弛迭代法的矩阵表示 设线性方程组 Ax=b 的系数矩阵A非奇异,且主对角
元素 aii 0(i 1,2,, n) , 则将A分裂成
数值计算方法 用逐次松弛法求方程组的解
中北大学理学院课程设计题目：用逐次松弛法求方程组的解课程：数值计算方法成员：1107014124 董强1107014126 李迎1107014128 冯梦文题目用逐次松弛法求方程组的解具体内容已知方程组：121232343421202120u uu u uu u uu u-=⎧⎪-+-=⎪⎨-+-=⎪⎪-+=⎩取初值()()01,1,1,1Tx=，要求()()151102k kx x---≤⨯。
要求1.认真读题，了解问题的数学原形；2.选择合适问题求解的数值计算方法；3.设计程序并进行计算；4.对结果进行解释说明采用方法及结果说明根据题目要求用松弛法求解给出方程组的解。
1、松弛法是在高斯迭代法的基础上为提高收敛速度，采用加权平均而得到的新算法。
高斯迭代法nixaxabax kjijnijkjijijiiik,...2,1),(1)(1)1(11)1(=∑-∑-=+=+-=+再由与加权平均得nixxwxxwxwx kikikikikiki,....2,1),()1()()1()()1()()1(=-+=+-=+++，最终超松弛法的迭代矩阵为])1[()(1wUDwwLDMSOR+-+-=-2、容易判断给出的系数矩阵是对称正定矩阵，所以只要选择的加速因子w 只要满足0<w<2, 则解方程组的SOR（超松弛法）方法收敛。
3、对于最佳松弛因子的选择方法，则是根据不同的加速因子在相同的系数矩阵下迭代次数最少的为最优，具体的迭代次数见附录，最后选择最佳加速因子w=1.3，得到结果为Tx)79999980.0,59999984.1,39999928.1,19999838.1(=，并且所得的精度满足题目的要求。
成员董强李迎冯梦文已知方程组：121232343421202120u u u u u u u u u u -=⎧⎪-+-=⎪⎨-+-=⎪⎪-+=⎩取初值()()01,1,1,1T x =，要求()()151102k k x x ---≤⨯。
松弛迭代法解线性方程组
---------------------------------------------------------------最新资料推荐------------------------------------------------------松弛迭代法解线性方程组计算方法第八章上机作业沈欢北京大学工学院，北京100871 2012-05-011问题描述编制松弛法求解线性方程组的程序：分别取松弛因子ω =0, 0.1, 0.2,…2.0（间隔为0.1），求解线性方程组Ax = b ，其中 ? ? 1 1 1 1 1 2 3 4 5 ? 1 1 1 1 1 ? ? 2 3 4 5 6 ? ?1 1 1 1 1 ? ? A=? ? 3 4 5 6 7 ? ? 1 1 1 1 1 ? ? 4 5 6 7 8 ?1 5 1 6 1 7 1 8 1 9(1)? ? ? ? b=? ? ? ?1 0 0 0 0? ? ? ? ? ? ? ?(2)→ → 要求精度为 ? x ?? x ? < 10?4 (1) 经过计算判断对那些ω 迭代收敛？ (2) 记下迭代次数，据此判断对哪个ω 迭代收敛最快。
2SOR方法描述? → → → → x k+1 = ωL? x k+1 + [(1 ? ω )I + ωU ]? x k + ω? g松弛法迭代的矩阵形式为： (3)其中，常数ω 称为松弛因子。
ω < 1称为低松弛或亚松弛法。
ω > 1称为超松弛法，ω = 1时为Seidal迭代法。
收敛最快的松弛因子称为最优松弛因子，一般要由经验或通过试算来确定。
选取适当的松弛因子，SOR迭代要比Jacobi 迭代或Seidal迭代快很多。
11/ 8在编制计算机程序的过程中使用分量形式进行迭代：i?1 +1 xk = i j =1(?ω ?aij k+1 aij k bi (?ω ? )xj + (1 ? ω )xk )xj + ω ?i + aii aii aii j =i+1n(4)其中，i=1,2,.....,n。
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n1
(k 1)
1
n2
(k 1)
2
b x
( k 1)
n,n1 n1
g n
x
(
0
)
( x1(0) ,
,
x(0) n
)T
,
xi
x (k1) i
x(k) i
xi
(bi
i 1
a x (k1) ij j
n
aij
xj(k) )
/
aii
x(k) i
ji
j i 1
i 1
n
(bi
aij
x (k1) j
aij
x
(k j
)
)
/
aii
.
(2.13)
代
j1
ji1
法
(2) 再由xi(k ) 与x~i(k1) 加权平均定义xi(k1) ，即
x(k1) i
(1 )xi(k)
x(k1) i
x(k) i
( xi(k1)
xi(k) )
(2.14)
将(2.13)代入(2.14)得到解 Ax b 的SOR迭代公式.
第 六
线性插方程值组的法迭代解法
章
主讲教师：刘春凤
1 迭代法原理
2 Jacobi迭代法 3 高斯-塞德尔迭代法 4 松弛迭代法
5 迭代法的收敛性与稳定 性
松弛法的基本思想 松弛法的矩阵表示 松弛法的程序 迭代法收敛性的其它判定方法
松弛法的基本思想
为Gauss-Seidel 迭代法加速
记：x x1 , x2 , , xn T x(k1) x(k)
松
可以把 x 看作Gauss-Seidel 迭代的修正项，即第k次
弛
近似解 x( k ) 以此项修正后得到新的近似解
迭
代
x( k1 ) x( k ) x
法
松弛法是将 x 乘上一个参数因子 作为修正项而得到新的近似解
具体公式为
x( k1 ) x( k ) x
松弛法的基本思想
即
x ( k 1) i
松
L=-{{0,0,0},{A[[2,1]],0,0},{A[[3,1]],A[[3,2]],0}};
弛
DDLN=Inverse[DD-w*L];
迭
SOR=I1-w*DDLN.A;
代 法
R=Max[Abs[Eigenvalues[N[SOR]]]]-1 f=w*DDLN.b; x[0]={1,1,1};
0.4 x1(k )
0.7(1
x(k) 2
x ( k 1) 2
0.4 x2(k )
0.7( x1(k1)
) x(k)
3
)
(k 0,1, 2,
)
x ( k 1) 3
0.4 x3(k )
0.7(1.8
x2(k1) )
将 x(0) (1,1,1)T 带入上式开始迭代 x(9) (1.200, 1.3996, 1.6001)T
x[n_]:=SOR.x[n-1]+f;
Table[x[n],{n,0,16}];
MatrixForm[%]//N
LinearSolve[A,b]
程序设计
松弛法的程序
1.
1.
1.
1.
1.
1.56
1.
1.392 1.532
松
1.2744
精确解： x (1.2, 1.4, 1.6)T .
松弛法的程序
A={{2,-1,0},{-1,2,-1},{0,-1,2}};
MatrixForm[%];
b={1,0,1.8};
w=1.4;
I1=IdentityMatrix[3];;
DD={{A[[1,1]],0,0},{0,A[[2,2]],0},{0,0,A[[3,3]]}};
松弛法的矩阵表示
选取分裂矩阵M为带参数下三角阵
M 1 (D L)
松 其中 0 为可选择的松弛因子。
弛 迭
构造以 SOR I (D L)1 A 为迭代矩阵的迭代公式
代 法
x(k1) I (D L)1 A x(k) f
解 Ax b 的SOR方法为
x(0) 初始向量
x(k) i
xi
(1 )xi(k)
aii
(bi
i 1
a x(k1) ij j
j 1
n
aij x(jk ) )
j i 1
按上式计算 Ax b 的近似解序列的方法称为松弛法。
松 弛
称为松弛因子
迭 代
当 1 时称为低松弛；
法
当 1 时称为Gauss-Seidel迭代；
当 1 时称为超松弛法。
其中 x(k1) Gauss-Seidel 迭代公式得到，于是有
松
弛 迭 代 法
x (k1)
1
b x b x b x g (k)
(k)
(k)
12 2
13 3
1n n
1
x b x
(k 1)
2
21
( k 1) 1
b x b x g
(k)
(k)
23 (k 1)
迭
代 法
x(0)
x i( k
1)
( x1(0) ,, xn(0) )T (1 )xi(k) (bi
i 1 j1
aij
x
(k j
1)
n
aij
x
(k j
)
)
ji1
aii
或xi(k1) xi(k) (bi i1 aij x(jk1)
n
aij
x
(k j
)
)
aii
j1
ji
(i 1,2,, n; k 0,1),
aij x j(k ) ) / aii
ji
ji
(i 1, , n;k 0,1, ).
松弛法的基本思想
xi
i 1
b x(k1) ij j
j1
n
bij
x
(k j
)
ji1
gi
x(k) i
1 aii
(bi
i 1
a x(k1) ij j
j1
n
aij
x
(k j
)
)
ji1
x(k) i
(i 1,2, ,n)
x
(
k
1)
SOR x(k )
f
k 0,1,
其中 f (D L)1b.
SOR 方 法
x(k)
(
x1( k
)
,
x
( i
k
)
,
x
(k n
)
)T
,
松
SOR方法的计算公式
x(
xi(
(i
0)
(
x1( 0
)
,
x
(0 n
)
)T
k 1)
x(k) i
xi ,
1,2,, n; k 0,1,),
弛
为 松 弛 因 子
典型例题
例1
松 弛 迭 代 法
取 1.4, x( 0 ) (1,1,1 )T
用超松弛法解方程组
2x1 x2 x1 2x2
x3
1 0
x2 2x3 1.8
x(k1) i
(1 )xik
aii
(bi
i 1 j 1
a x(k1) ij j
n
aij x(jk ) )
ji1
x ( k 1) 1
SOR 方 法
SOR迭代法是Gauss—Seidel 迭代法的一种修正，可由下述思想得到.
设已知x(k) 及已计算x(k1) 的分量x(jk1) ( j 1, 2, , i 1)
松
(1) 首先用Gauss—Seidel 迭代法定义辅助量x~i(k1) ,
弛 迭
i 1
n
x(k1) i
(bi
a x(k1) ij j