最新雅克比迭代法……
雅可比迭代法和高斯塞德尔迭代法对比
雅可比迭代法和高斯塞德尔迭代法对比引言雅可比迭代法和高斯塞德尔迭代法是数值分析中常用的迭代求解线性方程组的方法。
它们都是通过迭代更新变量的值,逐渐逼近方程组的真实解。
本文将详细讨论这两种迭代法的原理、特点和适用情况,并给出一些比较和应用实例。
雅可比迭代法(Jacobi Iteration)雅可比迭代法是一种逐个更新变量的值的迭代方法。
对于线性方程组Ax = b,雅可比迭代法的更新公式如下:x i(k+1)=1a ii(b i−∑a ijnj=1j≠ix j(k))其中,aii表示系数矩阵A的第i行第i列的元素,而bi表示方程组的第i个方程的右侧常数。
特点1.雅可比迭代法的计算过程简单,容易理解和实现。
2.每次迭代只更新一个变量的值,相邻两次迭代之间没有数据依赖关系,可以并行计算。
3.雅可比迭代法收敛的条件是系数矩阵A满足严格对角占优条件或对称正定条件。
优缺点•优点:简单易懂,在一些特定情况下收敛速度较快。
•缺点:收敛速度相对较慢,尤其是在系数矩阵A的条件数较大时;不适用于对角占优条件较弱的问题。
高斯塞德尔迭代法(Gauss-Seidel Iteration)高斯塞德尔迭代法是一种逐个更新变量的值,并立即使用最新的值进行下一个变量的更新的迭代方法。
对于线性方程组Ax = b,高斯塞德尔迭代法的更新公式如下:x i(k+1)=1a ii(b i−∑a iji−1j=1x j(k+1)−∑a ijnj=i+1x j(k))特点1.高斯塞德尔迭代法相较于雅可比迭代法,每次迭代可以使用当前迭代步骤中已更新的变量值,因此收敛速度更快。
2.如果系数矩阵A是严格对角占优或对称正定的,高斯塞德尔迭代法一定收敛。
优缺点•优点:相较于雅可比迭代法,收敛速度更快,对于条件数较大的问题也有较好的效果。
•缺点:实现稍微复杂一些,每次迭代的计算依赖于之前已更新的变量值,无法并行计算。
雅可比迭代法和高斯塞德尔迭代法的比较收敛速度在一些特定的问题中,雅可比迭代法可以比高斯塞德尔迭代法更快地收敛。
雅可比迭代法预处理
雅可比迭代法是一种常用于求解线性方程组的迭代方法。
它通过不断迭代来求解方程组的解。
在使用雅可比迭代法之前,我们需要对方程组进行一些预处理,以便使用这种方法求解。
首先,我们需要将方程组化为如下的形式:
Ax = b
其中A 是系数矩阵,x 是未知向量,b 是常数向量。
然后,我们需要确定一个初始猜测解x0,作为迭代的起点。
这个初始猜测解可以是任意的,但是如果能够选择一个较好的初始猜测解,则可能会使迭代收敛得更快。
最后,我们需要选择一个迭代系数,这个系数决定了新的猜测解与旧的猜测解之间的关系。
一般来说,如果选择的迭代系数越小,则迭代收敛得越慢,但是收敛得更稳定;如果选择的迭代系数越大,则迭代收敛得越快,但是收敛得更不稳定。
这就是雅可比迭代法的预处理过程。
第八节 雅可比迭代法
1)
1( 5
x1(k1)
x2( k 1)
4.2)
取 x(0)=(0,0,0)T 计算如下:
k
x1(k)
1
0.72
x2(k) 0.902
…
…
…
8 1.099998 1.199999
x3(k) 1.1644
… 1.3
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三 迭代收敛的充分条件
第三章 第八节
定理 1 在下列任一条件下,雅克比迭代法收敛。
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a i j1 ii
1
ji
时,高斯——塞德尔迭代法收敛
定义
若 | aii | | aij | ji
( i 1 , 2 , , n )
或 | a jj | | aij |
i j
( j 1 , 2 , , n )
称矩阵 A 行(或列)严格对角占优。
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第三章 第八节
定理3 若矩阵 A 行(或列)严格对角占优,则
则有x* =Bx*+f , 即x*为原方程组Ax=b 的解,B
称为迭代格式(1)的迭代矩阵。
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第三章 第八节
问题: 如何构造迭代格式,迭代法产生的 向量 序列{ x(k) }的收敛条件,收敛速度,误差估计等。
一 雅可比迭代法
设方程组
a11x1 a12 x2 a1n xn b1
Seidel 迭代法收敛。
证 A =D-L-LT , BG =(D-L) -1LT ,设 为BG 的特
征值, y 为对应的特征(复)向量,即
(D-L) -1LT y = y , LT y = (D-L) y ,则
[LT y, y ]= [ (D-L) y , y ]
(完整版)第八节雅可比迭代法与高斯-塞德尔迭代法综述.doc
第八节 雅可比迭代法与高斯 —塞德尔迭代法一 雅可比迭代法设线性方程组Ax b(1)的系数矩阵 A 可逆且主对角元素 a 11,a 22,...,ann 均不为零 ,令D diag a 11 ,a 22 ,...,a nn并将 A 分解成AA D D(2)从而 (1) 可写成Dx D A x b令x B 1 xf 1其中 B 1I D 1 A, f 1 D 1b .(3)以B 1为迭代矩阵的迭代法(公式 )xk 1B 1 x kf 1(4)称为雅可比 (Jacobi) 迭代法 ( 公式 ), 用向量的分量来表示,(4) 为x i( k 1)1 n(j k )b ia i j xaiij 1j ii 1,2,...n,k 0,1,2,...(5)T其中 xx 1 0 ,x 20 ,...x n 0为初始向量 .由此看出 , 雅可比迭代法公式简单 , 每迭代一次只需计算一次矩阵和向量的乘法. 在电算时需要两组存储单元 , 以存放 x k及 x k 1 . 例1例1 用雅可比迭代法求解下列方程组10 x 1x 2 2x 3 7.2x 1 10x 22x 3 8.3x 1x 2 5x 34.2解将方程组按雅可比方法写成x 10.1x 20.2x 3 0.72 x 2 0.1x 1 0.2x 30.83x 30.2x 10.2x 20.84取初始值 xx 1 0 ,x 20 , x 3 0TT0,0,0, 按迭代公式x 1 k 10.1x 2 k0.2x 3k 0.72 x 2k 1 0.1x 1 k0.2x 3 k0.83 x 3k 1 0.2x 1 k 0.2x 2k0.84进行迭代,其计算结果如表1 所示表 1k 0 1 2 34 56 7x 1 k 00.720.9711.0571.08531.09511.0983x 2 k0.831.0701.157 1.18531.19511.19831x 3 k0.841.1501.248 1.28281.29411.29802二 高斯 — 塞德尔迭代法由雅可比迭代公式可知 , 在迭代的每一步计算过程中是用x k的全部分量来计算xk 1 的所有分量 , 显然在计算第 i 个分量 x ik 1时 , 已经计算出的最新分量 x 1 k 1 ,...,x i 1 k 1 没有被利 用,从直观上看 , 最新计算出的分量可能比旧的分量要好些. 因此,对这些最新计算出来的第 k 1的分量 xjk 1加以利用 , 就得到所谓解方程组的高斯— 塞德( Gauss-Seidel )次近似 xk 1迭代法 .把矩阵 A 分解成A DL U(6)其中Ddiag a 11 ,a 22 ,...,a nn,L , U分别为 A 的主对角元除外的下三角和上三角部分 , 于是 , 方程组 (1) 便可以写成DL x Ux b即x B 2 x f 2其中B 2 D L 1f 2U , 以B 2为迭代矩阵构成的迭代法( 公式 )xk1B x kf1D L b(7)2 2称为高斯 — 塞德尔迭代法 ( 公式 ), 用 量表示的形式为x i( k 1 )1i 1(j k 1 )b ia ij x n(8)a ij x (j k )a iij1j i 1i 1,2,n,k 0,1,2,...(9)由此看出 , 高斯 — 塞德尔迭代法的一个明显的优点是 , 在电算时 , 只需一组存储单元 ( 计算出k 1kk 1kx i后 x i 不再使用 , 所以用 x i 冲掉 x i, 以便存放近似解 .例 2 例 2 用高斯 —— 塞德尔迭代法求解例 1.取初始值x 0x 1 0 ,x 20 , x 3T解0,0,0, T,按迭代公式x 1 k 10.1x 2k0.2x 3 k 0.72 x 2k 1 0.1x 1 k 10.2x 3k0.83x 3 k 1 0.2x 1 k 10.2x 2 k 10.84进行迭代,其计算结果如下表2表 2k0 1 23456 7 x 1 k0.721.04308 1.093 1.099131.099891.099991.113x 2 k0.902 1.167191.1951.199471.199931.199991.272x 3 k1.164 1.28205 1.2971.299721.299961.31.3477从此例看出 , 高斯 — 塞德尔迭代法比雅可比迭代法收敛快( 达到同样的精度所需迭代次数少 ), 但 这个结论 , 在一定条件下才是对的 , 甚至有这样的方程组 , 雅可比方法收敛,而高斯 — 塞德尔迭代法却是发散的 .三 迭代收敛的充分条件定理 1在下列任一条件下, 雅可比迭代法 (5) 收敛 .B 1 max na ij1a iiij j1i①;B 1naij11maxaiiji 1②j i;I D 1ATmax naij1ji 1 a jj③i j定理 2设 B 1,B 2 分别为雅可比迭代矩阵与高斯 — 塞德尔迭代矩阵 , 则B 2B 1(10)从而,当B1naij1maxa iiijj 1i时,高斯 — 塞德尔迭代法 (8) 收敛 .证明由 B 1,B 2的定义 ,它们可表示成B 1D 1 L UB 21D L 1U I D 1L D 1U用 e 表示 n 维向量e1,1,...,1 T , 则有不等式B 1 e B 1 eB 1D 1 LD 1U这里 , 记号|·|表示其中矩阵的元素都取绝对值, 而不等式是对相应元素来考虑的, 于是D 1U eB 1 D 1L eID 1 L1B 1Ie容易验证nnD 1LD 1 L所以,ID1L 及ID 1L 可逆,且ID 1L 1I D 1 L ...n 1D 1 LID 1 Ln11... D 1LI D 1LID 1L1I从而有B 2 e ID 1L 1D 1U eID 1L1I D 1L 1 B I e1I1 B 1IID 1 L 1eB 1 e因此必有B 2B 1因为已知B 1 1所以 B 2 1 .即高斯 — 塞德尔迭代法收敛 .若矩阵 A 为对称,我们有 定理 3 若矩阵 A 正定 , 则高斯 — 塞德尔迭代法收敛 . 证明把实正定对称矩阵 A 分解为A D LL TUL T, 则 D 为正定的 , 迭代矩阵B 2D L 1 L T设 是B 2的任一特征值 , x 为相应的特征向量 , 则D L 1xxL T以 D L 左乘上式两端 , 并由 A D L L T 有1 L T x Ax 用向量 x 的共轭转置左乘上式两端 , 得1x T L T xx T Ax(11)求上式左右两端的共轭转置, 得1x T L x x T Ax以1和1分别乘以上二式然后相加, 得1 1 x T L TL x2x T Ax由 AD L L T ,得11x T D A x2x T Ax即221x T L x1x T Ax(12)因为 A 和 D 都是正定的 , 且 x 不是零向量 , 所以由 (11) 式得1, 而由 (12) 式得12, 即1, 从而B 21, 因而高斯 — 塞德尔迭代法收敛 .定义 1 设 Aa ijn n为 n 阶矩阵 .① ①如果na ij ,i 1,2,...na iij ij i(13)即 A 的每一行对角元素的绝对值都严格大于同行其他元素绝对值之和, 则称 A 为严格对角优势矩阵.② ②如果na ij ,aiii 1,2,...nj ij i且至少有一个不等式严格成立 , 则称 A 为弱对角优势矩阵 .2 1 0 1 1 0 13 1 1 2 1例如13 是严格对角优势矩阵,13 是弱对角优势矩阵 .A 11A 12定义 2设 A a ijn n是 n 阶矩阵,如果经过行的互换及相应列的互换可化为 0A22,即存在 n 阶排列矩阵 P, 使P T APA 11 A 120 A 22其中A 11,A22 为方阵,则称A 是可约的 , 否则称 A 为不可约的 .A 是可约矩阵 , 意味着Ax b 可经过若干次行列重排, 化为两个低阶方程组 ,事实上 ,Ax b 可化为 P T AP P T x P T b , 记P T y1 , d x y2 P T b dy d12于是,求解 Ax b 化为求解 A 11 y1A 12 y2 dA 22 y 2d1 2可以证明 , 如果 A 为严格对角优势矩阵或为不可约弱对角优势矩阵 , 则 A 是非奇异的 .定理 4 如果 A 为严格对角优势矩阵或为不可约弱对角优势矩阵, 则对任意 x 0 , 雅可比迭代 法(4) 与高斯 — 塞德尔迭代法 (8) 均为收敛的 .证明 下面我们以 A 为不可约弱对角优势矩阵为例, 证明雅可比迭代法收敛, 其他证明留给 读者 .要证明雅可比迭代法收敛,只要证 B 11,B 1是迭代矩阵 .用反证法 , 设矩阵B 1有某个特征值, 使得1, 则 det IB 10,由于 A 不可约,且具有弱对角优势,所以D 1 存在,且I B 1IID 1AD 1D A D从而det D A D另一方面,矩阵DAD与矩阵 A 的非零元素的位置是完全相同的,所以D AD也是不可约的 , 又由于1, 且 A 弱对角优势,所以na iia iia ij ,i 1,2,...nj ij i并且至少有一个 i 使不等号严格成立. 因此 , 矩阵D AD弱对角优势,故DA D为不可约弱对角优势矩阵 . 从而det D A D 0矛盾,故B1的特征值不能大于等于1,定理得证 .。
雅可比迭代矩阵公式
雅可比迭代矩阵公式雅可比迭代矩阵公式是一种解决线性方程组的方法,特别适用于大规模矩阵。
它的核心思想是通过不断迭代,逐步逼近方程组的解。
本文将详细介绍雅可比迭代矩阵公式的原理和应用。
一、原理考虑一个线性方程组Ax=b,其中A是一个n×n的矩阵,b是一个n维向量,x是我们要求解的n维向量。
雅可比迭代矩阵公式的核心思想是将矩阵A分解为A=D-L-U的形式,其中D是A的对角线元素组成的对角矩阵,L是A的下三角部分(不包括对角线),U是A的上三角部分(不包括对角线)。
则原方程可以改写为(D-L-U)x=b,移项得Dx=(L+U)x+b。
由于D 是一个对角矩阵,容易求逆,故可以得到x=D-1(L+U)x+D-1b。
接下来,我们可以使用迭代的方式来逐步逼近x的解。
具体来说,我们可以从一个初始的估计值x0开始,每次迭代都使用上一次的估计值,按照下面的公式求解:xn+1 = D-1(L+U)xn + D-1b迭代直到收敛,即xn+1-xn的范数小于某个给定的容差值时,我们可以认为x已经收敛,即为Ax=b的解。
二、应用雅可比迭代矩阵公式特别适用于大规模矩阵的求解,因为它只需要存储矩阵A的对角线元素和一些中间结果,而不需要存储整个矩阵。
这使得雅可比迭代矩阵公式在处理大型稀疏矩阵时具有很大的优势。
雅可比迭代矩阵公式还可以用于求解特殊的矩阵,比如对称正定矩阵。
在这种情况下,我们可以使用共轭梯度法等更高效的算法,但雅可比迭代矩阵公式仍然是一个有用的参考。
三、总结雅可比迭代矩阵公式是一种简单而有效的解决线性方程组的方法,特别适用于大规模稀疏矩阵。
它的核心思想是通过迭代,逐步逼近方程组的解。
虽然它不如一些更高效的算法,但在某些情况下,它仍然是一个有用的工具。
研究生数值分析(11)---雅可比(Jacobi)迭代法
a x (k) n,n1 n1
bn )
取初始向量
X
(0)
(
x (0) 1
,
x (0) 2
,
,
x (0) n
)T
利用(4)反复迭代可以得到一个向量序列 {X (k)}
称式(4)为雅可比迭Jacobi代公式。
若记
a11
D
a22
0
a21 0
0 a12
0
L a31
a32
0
U
特征方程 I D1(L U ) 0
又可以写成 D1 D L U 0 因为 D1 0 ,所以 D L U 0 上式左端为将系数矩阵 A 的对角元同乘以 λ 后所得新矩阵的行列式。
例8 用雅可比迭代法求解方程组
10x1 2x2 x3 3 2x1 10x2 x3 15 x1 2x2 5x3 10
由迭代矩阵的特征方程
10 2 1 2 10 1 0 1 2 5
展开得到
(10 2)(50 2 10 3) 0
解得
1
1 5
, 2
1 10
7
, 3
1 10
7
于是 (J ) 1 7 0.3646 1
10
因而雅可比迭代公式是收敛的。
练习:考察用雅可比Jacobi迭代法解方程组 AX=b的收敛性,
解:相应的雅可比迭代公式为
x1(
k
1)
1 10
(2x2(k )
x (k) 3
3)
x2(k
1)
1 10
(2
x1(
k
)
x (k) 3
15)
x3(k
1)
1 5
(
x1(
雅可比迭代法
雅可比迭代法一、引言雅可比迭代法,也称为雅可比算法(Jacobi method),在科学计算领域中应用很广泛,本文重点讲述该算法在迭代进化计算中的应用。
20世纪40年代初,由美国数学家Jacobi和瑞士数学家可夫等人创造。
雅可比迭代法主要步骤如下: 1、初始化; 2、选择一种迭代策略; 3、按照迭代策略执行相应的操作,直至收敛; 4、调整参数使迭代过程收敛,得到最终的收敛速度。
下面将详细介绍这个方法的原理及过程。
1、初始化“雅可比”是一个美国人,因此他不会使用编程来实现自己的想法,但是他对于迭代法非常了解,曾经使用编程来解决两个公开的问题,一个是阿基米德与公元前250年的欧几里德的问题,另一个是荷兰金属铸件需要多少时间来铸成一个合金块。
他研究过可以提高计算效率的任何技术。
20世纪30年代初, Jacobi发现一些只能运行到第n次的迭代法并没有提供尽可能快的收敛速度。
因此,他决定编写一个运行到第n+1次的迭代法,通过检查某种程序的输入输出情况,就可以预测当前执行到哪一步。
2、选择一种迭代策略在给定初始条件,一共有m次迭代,该迭代法一定满足下列条件之一:直到十年后的1973年, Jacobi在美国数学学会会议上才正式提出了雅可比算法(Jacobi algorithm),而且仅仅限于这个算法本身,并没有对它加以推广,由此可见, Jacobi选择这样一种渐进的发展策略,也许是出于性格上的稳健吧。
3、按照迭代策略执行相应的操作如果你想设计一种运行到第n+1次的迭代法,那么你要选择使计算复杂度为O(n^n)。
的策略(L(n))。
注意(1)此处的复杂度是以数字的形式来表示的;(2)它是针对每一次迭代的计算复杂度。
然后再选择一个初值使函数值在第m次迭代时满足O(n^m)。
3、调整参数使迭代过程收敛,得到最终的收敛速度雅可比迭代法一般情况下,迭代算法的目标函数不收敛,就需要对参数进行调整,而使算法收敛,如果把迭代速度函数和梯度算法进行比较,就可以知道梯度算法存在算法收敛性问题,而雅可比迭代法是满足这一要求的。
解线性方程组的Jacobi迭代法
function [x,k]=jacobi2(A,b,x0,e) n=length(b); D=diag(A); D=diag(D); L=zeros(n,n); U=zeros(n,n); x=zeros(n,1); k=1; for i=2:n for j=1:i-1
3
L(i,j)=A(i,j); end end for i=1:n-1 for j=i+1:n U(i,j)=A(i,j); end end x=-inv(D)*(L+U)*x0+inv(D)*b; while norm(x-x0)>e x0=x; x=-inv(D)*(L+U)*x0+inv(D)*b; k=k+1; end disp(x); disp(k);
⎛ a11 ⎜ 其中, D = ⎜ ⎜ ⎜ ⎝ a22
a22
⎞ ⎛ 0 ⎟ ⎜ ⎟ + ⎜ a21 ⎟ ⎜ ⎟ ⎜ ann ⎠ ⎝ an1
0 an 2
⎞ ⎛ 0 a12 ⎟ ⎜ 0 ⎟+⎜ ⎟ ⎜ ⎟ ⎜ … 0⎠ ⎝
a1n ⎞ ⎟ a2 n ⎟ ⎟ ⎟ 0 ⎠ a1n ⎞ ⎟ a2 n ⎟ 。 ⎟ ⎟ 0 ⎠
【解答】
迭代格式为
(k ) (k ) ⎛ 3 + 2 x2 ⎞ + x3 ⎜ ⎟ 10 ⎟ ⎛ x1( k +1) ⎞ ⎜ (k ) ⎟ ⎜ ( k +1) ⎟ ⎜ 15 + 2 x1( k ) + x3 ⎟ ⎜ x2 ⎟ = ⎜ 10 ( k +1) ⎟ ⎜ ⎟ ⎜ x3 ( ⎝ ⎠ ⎜ 10 + x k ) + 2 x ( k ) ⎟ 1 2 ⎜ ⎟ 5 ⎝ ⎠
雅克比迭代法原理
雅克比迭代法原理雅可比迭代法原理雅可比迭代法(Jacobi iteration)是一种用于求解线性方程组的迭代方法。
它的核心思想是将线性方程组的解逐个更新,直至满足一定的收敛条件为止。
雅可比迭代法广泛应用于科学计算、工程领域以及计算机图形学等领域。
雅可比迭代法的基本原理是将线性方程组的每个未知数的取值视为其他未知数的函数,并通过迭代的方式逐步逼近真实解。
具体步骤如下:1. 首先,将线性方程组的系数矩阵分解为对角矩阵和剩余矩阵,其中对角矩阵的对角线元素为原系数矩阵的对角线元素,其余元素为零;剩余矩阵则由原系数矩阵的非对角线元素组成。
2. 然后,将线性方程组表示为雅可比迭代格式,即将每个未知数的取值表示为其他未知数的函数。
例如,对于一个三元线性方程组: a11x1 + a12x2 + a13x3 = b1a21x1 + a22x2 + a23x3 = b2a31x1 + a32x2 + a33x3 = b3可以将其表示为:x1(k+1) = (b1 - a12x2(k) - a13x3(k)) / a11x2(k+1) = (b2 - a21x1(k) - a23x3(k)) / a22x3(k+1) = (b3 - a31x1(k) - a32x2(k)) / a33其中,k表示迭代次数,x1(k+1)表示第k+1次迭代后的x1的取值。
3. 接下来,根据上述迭代格式,选取一个初始解向量,通常选择一个近似解或全零向量。
然后,将初始解代入迭代格式,计算得到新的解向量。
4. 重复进行第3步,直到满足收敛条件为止。
在每次迭代中,通过更新每个未知数的取值,逐步逼近真实解。
常用的收敛条件有迭代次数、两次迭代解向量的差的范数、残差等指标。
雅可比迭代法的优点是简单易实现,收敛性较好。
然而,它也存在一些限制。
首先,它要求方程组的系数矩阵是对角占优的,否则可能导致收敛速度很慢甚至不收敛。
其次,雅可比迭代法的收敛速度较慢,特别是对于条件数较大的方程组,需要较多的迭代次数才能达到精度要求。
雅克比迭代法公式
雅克比迭代法公式
雅克比迭代法公式是一种在数学中求解不定方程的算法。
它的名字来源于著名的19世纪的德国数学家詹姆斯雅克比(JamesJakobie)。
雅克比迭代法是一种递归算法,可以求解非线性方程组的解,从而有效地求解不定方程组。
在这种算法中,我们使用递归迭代来进行求解,简单来说,就是用某种格式的解公式,以及递归公式来求解方程组。
雅克比迭代法公式是一种求解不定方程组的方法,它可以帮助我们求解某些问题中存在的不定方程,以有效地求解此类问题。
雅克比迭代法公式可以很容易地表示为:
递归公式:X_(n+1) = F(X_n),
其中,F(x)=f(x)的连续函数。
用雅克比迭代法公式求解不定方程的具体步骤如下:
(1)首先,对于一个不定方程,需要确定可能求解的迭代起点;
(2)然后,用迭代起点作为基准,构造一个新的迭代方程,即
雅克比迭代法公式;
(3)接下来,用此方程迭代求解,迭代次数根据实际情况而定;
(4)最后,通过迭代求解求得方程的解,并对其进行检验,以
确定此解是否正确。
雅克比迭代法公式的优势在于它的计算复杂度比其他方法要低,因此在求解不定方程组方面具有很大的优势。
此外,不定方程的求解过程也更简单,不需要太多的计算量。
雅克比迭代法公式一直备受追捧,它可以帮助我们在数学中有效地求解不定方程,简化计算过程。
它也被广泛应用于科学、工程、数学和计算机方面,大大减少了计算量,提高了效率。
因此,雅克比迭代法公式在求解不定方程组中发挥着重要作用,它不仅在实际应用中十分重要,而且它的应用也使得计算更加便捷,从而为人们带来了巨大的方便。
雅可比迭代法和高斯超松弛迭代
雅可比迭代法分量形式(63)式也可改写为
(64)
(64)式更方便于编程求解。
雅可比迭代法公式简单,迭代思路明确。每迭代一次只需计算n个方程的向量乘法,程序编制时需设二个数组分别存放xk和xk+1便可实现此迭代求解。
2、高斯-赛德尔(Gauss-seidel)迭代法
由雅可比迭代法可知,在计算xk+1的过程中,采用的都是上一迭代步的结果xk。考察其计算过程,显然在计算新分量xik+1时,已经计算得到了新的分量, 。有理由认为新计算出来的分量可能比上次迭代得到的分量有所改善。希望充分利用新计算出来的分量以提高迭代解法的效率,这就是高斯-赛德尔迭代法(简称G-S迭代法)对(64)式进行改变可以得到G-S迭代法的分 量形式
(75)
其中ω称为松弛因子。
式(75)是迭代公式(74)的一个改进,可以选择松弛因子ω加速迭代过程的收敛。 式(75)的分量形式为
(76)
若对上述改进的迭代公式,按高斯-赛德尔迭代法尽量利用最新迭代得到的分量的原则,又可得到新的迭代公式
(77)
当线性方程组的系数矩阵A具有非零主元(aii≠0,i=1,2,3,…n)的特点时,可 以得到主元为1的方程组形式
雅可比迭代法和高斯-赛德尔迭代法以及超松弛迭代
对于给定的方程 用下式逐步代入求近似解的方法称为迭代法。如xk(当 )的极限存在,此极限即方程组的真正解,此迭代法收敛,否则称迭代法收敛。
1、雅可比(Jacobi)迭代法
设有方程组
Ax=b (56)
其展开形式为
(57)
系数矩阵A为非奇异阵,且 (i=1-n)A可分解为
高斯-赛德尔迭代的矩阵形式可表达为
(69)
高斯-赛德尔迭代法每步迭代的计算量与雅可比迭代相当,但在计算机进行计算时,只需存放x一个数组。
(完整版)第八节雅可比迭代法与高斯-塞德尔迭代法综述
第八节 雅可比迭代法与高斯—塞德尔迭代法一 雅可比迭代法设线性方程组b Ax = (1) 的系数矩阵A 可逆且主对角元素nn a ,...,a ,a 2211均不为零,令()nna ,...,a ,a diag D 2211=并将A 分解成()D D A A +-= (2)从而(1)可写成 ()b x A D Dx +-=令11f x B x +=其中b D f ,A D I B 1111--=-=. (3) 以1B 为迭代矩阵的迭代法(公式)()()111f x B x k k +=+ (4)称为雅可比(Jacobi)迭代法(公式),用向量的分量来表示,(4)为⎩⎨⎧[],...,,k ,n ,...,i x a ba xnij j )k (j j i iii)k (i21021111==∑-=≠=+ (5)其中()()()()()Tn x ,...x ,x x 002010=为初始向量.由此看出,雅可比迭代法公式简单,每迭代一次只需计算一次矩阵和向量的乘法.在电算时需要两组存储单元,以存放()k x 及()1+k x . 例1 例1 用雅可比迭代法求解下列方程组⎪⎩⎪⎨⎧=+--=-+-=--2453821027210321321321.x x x .x x x .x x x解 将方程组按雅可比方法写成⎪⎪⎩⎪⎪⎨⎧++=++=++=8402020830201072020*******2321.x .x .x .x .x .x .x .x .x取初始值()()()()()()T T ,,,x ,x ,x x 0000302010==按迭代公式()()()()()()()()()⎪⎪⎩⎪⎪⎨⎧++=++=++=+++840202083020107202010211331123211.x .x .x .x .x .x .x .x .x k k k k k k k k k进行迭代,其计算结果如表1所示表1二 高斯—塞德尔迭代法由雅可比迭代公式可知,在迭代的每一步计算过程中是用()k x的全部分量来计算()1+k x的所有分量,显然在计算第i 个分量()1+k i x 时,已经计算出的最新分量()()1111+-+k i k x ,...,x 没有被利用,从直观上看,最新计算出的分量可能比旧的分量要好些.因此,对这些最新计算出来的第1+k 次近似()1+k x的分量()1+k jx 加以利用,就得到所谓解方程组的高斯—塞德(Gauss-Seidel )迭代法.把矩阵A 分解成U L D A --= (6)其中()nn a ,...,a ,a diag D 2211=,U ,L --分别为A 的主对角元除外的下三角和上三角部分,于是,方程组(1)便可以写成 ()b Ux x L D +=-即 22f x B x +=其中()()b L D f ,U L D B 1212---=-= (7)以2B 为迭代矩阵构成的迭代法(公式)()()221f x B x k k +=+ (8)称为高斯—塞德尔迭代法(公式),用 量表示的形式为⎩⎨⎧[],...,,k ,n ,,i x a x a b a xi j n i j )k (j ij )k (j ij i ii)k (i21021111111==∑∑--=-=+=++Λ (9)由此看出,高斯—塞德尔迭代法的一个明显的优点是,在电算时,只需一组存储单元(计算出()1+k ix 后()k ix 不再使用,所以用()1+k i x 冲掉()k ix ,以便存放近似解.例2 例2 用高斯——塞德尔迭代法求解例1.解 取初始值()()()()()()TT,,,x ,x ,x x 0000302010==,按迭代公式()()()()()()()()()⎪⎩⎪⎨⎧++=++=++=++++++840202083020107202010121113311123211.x .x .x .x .x .x .x .x .x k k k k k k k k k进行迭代,其计算结果如下表2从此例看出,高斯—塞德尔迭代法比雅可比迭代法收敛快(达到同样的精度所需迭代次数少),但这个结论,在一定条件下才是对的,甚至有这样的方程组,雅可比方法收敛,而高斯—塞德尔迭代法却是发散的.三 迭代收敛的充分条件定理1 在下列任一条件下,雅可比迭代法(5)收敛.①111<∑=≠=∞nij j iiij ia a max B ;②1111<∑=≠=nij i iiij ja a max B ;③ 111<∑=-≠=∞-nji i jjij jTa a max AD I定理2 设21B B ,分别为雅可比迭代矩阵与高斯—塞德尔迭代矩阵,则∞∞≤12B B (10)从而,当111<∑=≠=∞nij j iiij ia a max B时,高斯—塞德尔迭代法(8)收敛. 证明 由21B B ,的定义,它们可表示成()U L D B +=-11()()U D L D I U L D B 11112-----=-=用e 表示n 维向量()T,...,,e 111=,则有不等式eB e B ∞≤11UD L D B 111--+=这里,记号|·|表示其中矩阵的元素都取绝对值,而不等式是对相应元素来考虑的,于是()()()Ie B L D I eL D B e U D ∞------≤-=111111容易验证()11==--nnL D L D所以,L D I 1--及L D I 1--可逆,且()()()1111111111-----------=++≤+++=-L D I LD ...L D I L D ...L D I LD I n n()I L D I ≥---11从而有()()((){}e I B L D I L D I eU D LD I e B ∞----------≤⋅-≤111111121{()()}eB eL D I I B I ∞--∞≤-⋅--=11111因此必有∞∞≤12B B因为已知11<∞B 所以12<∞B .即高斯—塞德尔迭代法收敛.若矩阵A 为对称,我们有定理3 若矩阵A 正定,则高斯—塞德尔迭代法收敛.证明 把实正定对称矩阵A 分解为T L L D A --=()TL U =,则D 为正定的,迭代矩阵()T L L D B 12--=设λ是2B 的任一特征值,x 为相应的特征向量,则()()x x L L D T λ=--1以L D -左乘上式两端,并由TL L D A --=有()Ax x L T λλ=-1用向量x 的共轭转置左乘上式两端,得()Ax x x L xTTT--=-λλ1 (11)求上式左右两端的共轭转置,得Ax x x L x T T ----=⎪⎭⎫ ⎝⎛-λλ1以λ--1和λ-1分别乘以上二式然后相加,得()()Axx x L L x T T T -----⎪⎭⎫ ⎝⎛-+=+⎪⎭⎫ ⎝⎛--λλλλλλ211 由TL L D A --=,得()()Axx x A D x T T -----⎪⎭⎫ ⎝⎛-+=-⎪⎭⎫ ⎝⎛--λλλλλλ211即()Ax x x L x TT---=-λλλ2211 (12)因为A 和D 都是正定的,且x 不是零向量,所以由(11)式得1≠λ,而由(12)式得012>-λ, 即1<λ,从而()12<B ρ,因而高斯—塞德尔迭代法收敛.定义1 设)nn ij a A ⨯=为n 阶矩阵.① ①如果n,...,i ,a a nij i j ij ii 21=∑>≠= (13)即A 的每一行对角元素的绝对值都严格大于同行其他元素绝对值之和,则称A 为严格对角优势矩阵.② ②如果n,...,i ,a a nij i j ij ii 21=∑≥≠=且至少有一个不等式严格成立,则称A 为弱对角优势矩阵.例如⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎣⎡-310131012是严格对角优势矩阵,⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎣⎡--310121011是弱对角优势矩阵. 定义2 设()nn ij a A ⨯=是n 阶矩阵,如果经过行的互换及相应列的互换可化为⎥⎦⎤⎢⎣⎡2212110A A A ,即存在n 阶排列矩阵P,使⎥⎦⎤⎢⎣⎡=2212110A A A AP P T其中2211A ,A 为方阵,则称A 是可约的,否则称A 为不可约的.A 是可约矩阵,意味着b Ax =可经过若干次行列重排,化为两个低阶方程组,事实上,b Ax =可化为 ()b P x P AP P TT T =,记()()()()⎥⎦⎤⎢⎣⎡==⎥⎦⎤⎢⎣⎡==2121d d d b P ,y y y x P TT于是,求解b Ax =化为求解()()()()()⎪⎩⎪⎨⎧=+=+22221212111d y A d y A y A可以证明,如果A 为严格对角优势矩阵或为不可约弱对角优势矩阵,则A 是非奇异的.定理4 如果A 为严格对角优势矩阵或为不可约弱对角优势矩阵,则对任意()0x ,雅可比迭代法(4)与高斯—塞德尔迭代法(8)均为收敛的.证明 下面我们以A 为不可约弱对角优势矩阵为例,证明雅可比迭代法收敛,其他证明留给读者.要证明雅可比迭代法收敛,只要证()11<B ρ,1B 是迭代矩阵.用反证法,设矩阵1B 有某个特征值μ,使得1≥μ,则()01=-B I det μ,由于A 不可约,且具有弱对角优势,所以1-D 存在,且 ()()D A D D A D I I B I -+=--=---μμμ111从而()0=-+D A D detμ另一方面,矩阵()D A D -+μ与矩阵A 的非零元素的位置是完全相同的,所以()D A D -+μ也是不可约的,又由于1≥μ,且A 弱对角优势,所以n,...,i ,a a a nij i j ij ii ii 21=∑≥≥≠=μ并且至少有一个i 使不等号严格成立.因此,矩阵()D A D -+μ弱对角优势,故()D A D -+μ为不可约弱对角优势矩阵.从而()0≠-+D A D det μ矛盾,故1B 的特征值不能大于等于1,定理得证.。
雅可比(Jacobi)迭代法
高斯赛德尔迭代矩阵BG一般不容易计算,所以实际使用 时采用分量形式的算法,参见程序 GaussSeidelit2.m
例子:p.55(p.52)例8 ,10-3的精度,迭代6 次。
3x1x12xx22
5 5
x(k 1) 1
x(k) 2 3
x(k) i
(bi
a x( k1) ij j
aij
x
( j
k
)
)
/
aii
j 1
ji
不同的 的值会影响SOR迭代的收敛性、收敛 速度。
20
例(7)SOR迭代法
8 3 2 A 4 11 1
6 3 12
取 =1.5,则迭代矩阵:
1 / 2 9 / 16
3 / 8
B 3 /11 71/ 88 15 / 44
|| B || 20, || B ||1 17, || B ||2 14.4, (B) 13
不收敛。
14
(2)简单构造迭代法-2
8x1 3x2 2x3 20 4x1 11x2 x3 33 6x1 3x2 12x3 36
2
3
4x1 20 4x1 3x2 2x3
9x2 33 4x1 2x2 x3
举例:
8 4
x1 x1
3x2 2x3 11x2 x3
20 33
6 x1 3 x2 12x3 36
精确解
3 2 1
13
(1)简单迭代法
8 3 2 7 3 2 B I A I 4 11 1 4 10 1
6 3 12 6 3 11 20 b' 33 36
SOR迭 代( 1.3545), 17次 , (B) 0.452847
雅可比迭代法matlab
雅可比迭代法matlab雅可比迭代法是一种常用的数值计算方法,用于解决线性方程组的数值近似解。
它是一种迭代的方法,通过不断逼近方程组的解来得到一个近似解。
在本文中,我们将介绍雅可比迭代法的原理和实现方法,并使用MATLAB编写一个简单的示例程序。
让我们来了解一下雅可比迭代法的原理。
雅可比迭代法是一种分量求解法,它将线性方程组的每个未知数的迭代更新公式表示为该未知数的函数。
具体来说,对于形如Ax=b的线性方程组,其中A是一个n×n的矩阵,x和b是n维向量,雅可比迭代法的迭代更新公式可以表示为:x(k+1) = D^(-1)*(b-R*x(k))其中,x(k)表示第k次迭代的近似解,D是A的对角线矩阵,R是A的余下部分矩阵。
通过不断迭代更新,可以得到越来越接近方程组解的近似解。
接下来,我们将使用MATLAB编写一个简单的雅可比迭代法程序。
首先,我们需要输入线性方程组的系数矩阵A和右侧常向量b。
然后,我们可以通过以下步骤来实现雅可比迭代法:1. 初始化近似解x0为一个初始向量,可以选择零向量或者其他合适的向量。
2. 设置迭代次数k和迭代误差tol的最大值。
3. 进行循环迭代,直到达到最大迭代次数或者迭代误差小于tol为止。
4. 在每次迭代中,根据雅可比迭代法的迭代更新公式计算新的近似解x(k+1)。
5. 如果迭代误差小于tol,表示已经得到一个满足精度要求的近似解,迭代过程结束。
6. 输出最终的近似解x(k+1)。
下面是一个MATLAB实现的简单示例程序:```matlabfunction x = jacobi(A, b, x0, max_iter, tol)n = size(A, 1);x = x0;for k = 1:max_iterx_prev = x;for i = 1:nsum = 0;for j = 1:nif j ~= isum = sum + A(i, j) * x_prev(j);endendx(i) = (b(i) - sum) / A(i, i);endif norm(x - x_prev) < tolbreak;endendend```在这个示例程序中,我们定义了一个名为jacobi的函数,它接受系数矩阵A、右侧常向量b、初始向量x0、最大迭代次数max_iter 和迭代误差tol作为输入参数,并返回近似解x。
矩阵雅克比迭代算法
雅克比迭代实验目的:1.学习和掌握线性代数方程组的jacobi 迭代法。
2.运用jacobi 迭代法进行计算。
方法原理:设方程组Ax=b 的系数矩阵A 非奇异而且),...,2,1(0n i a ii =≠,将A 分裂为 A=D+L+U,可以使计算简便。
其中),,...,,(2211nn a a a diag D =⎥⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎢⎣⎡=0...............0...00 (002)121n n a a a L ,⎥⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎢⎣⎡=0..................00...02112nn a a a U A=D+L+U ,其中),,...,,(2211nn a a a diag D =⎥⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎢⎣⎡=0...............0...00 (002)121n n a a a L ,⎥⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎢⎣⎡=0..................00...02112nn a a a U 将方程组n ,...,2,1i ,b x a i n1j j ij ==∑=乘以iia 1,得到等价的方程组⎪⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛-=∑≠=nij 1j j ij i ii i x a b a 1x ,i=1,2,…n ,简记为x Bx f=+。
其中 11()B I D A D L U --=-=-+, 1f D b -=. 我们称x Bx f ϕ=+为迭代函数。
任取初始向量(0)x x=,按照(1)()k k xBx f+=+形成迭代格式,称这种迭代方法为Jacobi 迭代法。
算法描述:Step1:给定一组x ,即初值。
Step2:用for 循环计算:x[k+1]=(b[i]-∑∑+=-=-n1i j 1i 1j ]j [x ]j ][i [a ]j [x ]j ][i [a )/a[i][i].Step3:当fabs(x[k+1]-x[k])<eps时停止。
程序代码:头文件:#include<iostream.h>typedef double Datatype;class Matrix{private:Datatype **ar;int M;int N;public:Matrix(int a=0,int b=0);Matrix(Matrix &A);~Matrix();void print();void Init();void Jacobi(Matrix b,Matrix x,Matrix &xx);bool compare(Matrix X);void change(Matrix xx);};CPP文件:#include<iostream.h>#include<malloc.h>#include<iomanip.h>#include"Jacobi.h"#define E 0.0000001#include<math.h>Matrix::Matrix(int a,int b)///////////////////构造函数{M=a;N=b;ar=(Datatype **)malloc(sizeof(Datatype *)*M);for(int i=0;i<M;++i){ar[i]=(Datatype *)malloc(sizeof(Datatype)*N);for(int j=0;j<N;++j){ar[i][j]=0;}}}Matrix::~Matrix()////////////////////////////析构函数{for(int i=0;i<M;++i){free(ar[i]);}free(ar);}Matrix::Matrix(Matrix &A){M=A.M;N=A.N;Datatype **p=(Datatype **)malloc(sizeof(Datatype *)*M);for(int i=0;i<M;++i){p[i]=(Datatype *)malloc(sizeof(Datatype)*N);for(int j=0;j<N;++j){p[i][j]=A.ar[i][j];}}ar=p;}void Matrix::print()////////////////////////打印函数{for(int i=0;i<M;++i){for(int j=0;j<N;++j){cout<<setw(5)<<ar[i][j];}cout<<endl;}}void Matrix::Init()/////////////////////////初始化函数{for(int i=0;i<M;++i){cout<<"请输入第"<<i+1<<"行数据"<<endl;for(int j=0;j<N;++j){cin>>ar[i][j];}}}void Matrix::Jacobi(Matrix b,Matrix x,Matrix &xx) {for(int i=0;i<N;++i){Datatype sum=0;for(int j=0;j<N;++j){if(i==j)continue;sum+=ar[i][j]*x.ar[j][0];}xx.ar[i][0]=(b.ar[i][0]-sum)/ar[i][i];}}bool Matrix::compare(Matrix X){int flag=0;for(int i=0;i<M;++i){for(int j=0;j<N;++j){if(fabs(ar[i][j]-X.ar[i][j])>E){flag=1;break;}}break;}if(flag==1)return false;//程序需继续迭代elsereturn true;//迭代结束}void Matrix::change(Matrix xx){for(int i=0;i<M;++i){ for(int j=0;j<N;++j) { ar[i][j]=xx.ar[i][j]; } } }主程序:#include"Jacobi.h"void main() { int row; cout<<"*****"<<endl; cin>>row; Matrix A(row,row),b(row,1),x(row,1),xx(row,1); cout<<"请输入系数矩阵"<<endl; A.Init();//系数 cout<<"请输入矩阵b"<<endl; b.Init();//b cout<<"请输入迭代初始值"<<endl; x.Init();//迭代初始值 while(1) { A.Jacobi(b,x,xx); if(pare(xx)) { xx.print(); break; } x.change(xx); } }测试数据:1231231232213225x x x x x x x x x +-=⎧⎪++=⎨⎪++=⎩ 测试结果:参考文献:[1]刑志栋,矩阵数值分析,陕西:陕西科学技术出版社,2005。
jacobi迭代和G-S迭代
function [x,k,index] = Jacobi(A,b,ep,Nmax )% 求解线性方程组的Jacobi迭代法,其中% A --- 方程组的系数矩阵% b --- 方程组的右端项% ep --- 精度要求。
省缺为1e-5% Nmax --- 最大迭代次数,省缺为100% x --- 方程组的解% k --- 迭代次数% index=1表示迭代收敛到指定要求;% index=0表示迭代失败if nargin <4Nmax=100;end %设置默认值if nargin <3ep=1e-5;end %设置默认值n=length(A); k=0;x=zeros(n,1); y=zeros(n,1); index=1;while 1for i=1:ny(i)=b(i);for j=1:nif j~=iy(i)=y(i)-A(i,j)*x(j);endendif abs(A(i,i))<1e-10 || k==Nmaxindex=0; return;endy(i)=y(i)/A(i,i);endif norm(y-x,inf)<epbreak;endx=y; k=k+1;endendfunction [x,k,index] = Gausseidel(A,b,ep,Nmax ) % 求解线性方程组的Jacobi迭代法,其中% A --- 方程组的系数矩阵% b --- 方程组的右端项% ep --- 精度要求。
省缺为1e-5% Nmax --- 最大迭代次数,省缺为100 % x --- 方程组的解% k --- 迭代次数% index=1表示迭代收敛到指定要求;% index=0表示迭代失败if nargin <4Nmax=100;end %设置默认值if nargin <3ep=1e-5;end %设置默认值n=length(A); k=0;x=zeros(n,1);z=zeros(n,1);index=1;while 1y=x;for i=1:nz(i)=b(i);for j=1:nif j~=i%不等于z(i)=z(i)-A(i,j)*x(j);endendif abs(A(i,i))<1e-10||k==Nmaxindex=0; return;endz(i)=z(i)/A(i,i);x(i)=z(i);endif norm(y-x,inf)<epbreak;endk=k+1;endendfunction [x,N,index]= lineGS(A,b,x0,d,eps,M) if nargin==4eps= 1.0e-6;M = 10000;elseif nargin ==5M = 10000;endindex=1NS = size(A);n = NS(1,1);bnum = length(d);bs = ones(bnum,1);for i=1:(bnum-1)bs(i+1,1)=sum(d(1:i))+1;endDB = zeros(n,n);for i=1:bnumendb = bs(i,1)+d(i,1)-1;DB(bs(i,1):endb,bs(i,1):endb)=A(bs(i,1):endb,bs(i,1):endb);endLB = -tril(A-DB);UB = -triu(A-DB);N = 0;tol = 1;while tol>=epsinvDL = inv(DB-LB);x = invDL\UB*x0+invDLb;N = N+1;tol = norm(x-x0);x0 = x;if(N>=M)index=0return;endendend。
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实验课程名称:数值分析
}
结果:
流程图:
②Gauss-Seidel迭代法
#include<stdio.h>
int main()
{
double x[3] = {0, 0, 0};
开始
阶数n,系数矩
阵,初始向量
for(i=0;i<n;i++)
i=j
Y
N
total += a[i][j] *
x[j]
e = e +
ABS(x[j],
结束
double a[3][3] = {6,2,-1,1,4,-2,-3,1,4}; double y[3] = {-3,2,4};
double d[3][3],g[3];
int round = 5, i,j;
for (i=0; i<3; ++i)
{
g[i] = y[i] / a[i][i];
for (j=0; j<3; ++j)
{
d[i][j] = i==j ? 0 : -a[i][j]/a[i][i]; }
}
while (round--) {
for (i=0; i<3; ++i)
{
x[i] = g[i];
for (j=0; j<3; ++j)
{
x[i] += d[i][j] * x[j];
}
printf("%lf", x[i]);
}
printf("\n");
}
}
结果:
流程图:
{ a[i]=(float *)malloc(n*sizeof(float)); } return a;
}
float matrix_category(float* x,int n)
{ int i; float temp=0; for(i=0;i<n;i++)
{ temp=temp+fabs(x[i]); }
return temp;
}
结果:
流程图:
return 0; }
结果:
流程图:
⑤欧拉显式方法
#include <stdio.h>
#include <conio.h>
#include <math.h>
double f(double x,double y) {
return x*pow(y,1.0/3);
}
int main()
{
int i;
开始
矩阵阶数系数矩阵
for(k=1;k<=i-1;k++)
m=m+a[i][k]*a[k][j];
a[i][j]= a[i][j]-m;
a[k][num+1]=(a[k][
num+1]-q)/a[k][k]
结束
double x,y,y0=1,dx=0.1;
double xx[11];
double euler[11],euler_2[11];
double temp;
double f(double x,double y);
for (i=0;i<11;i++)
xx[i]=i*dx;
euler[0]=y0;
for (i=1,x=0;i<11;i++,x+=dx)
euler[i]=euler[i-1]+dx*f(x,euler[i-1]);
euler_2[0]=y0;
for (i=1,x=0;i<11;i++,x+=dx)
{
temp=euler_2[i-1]+dx*f(x,euler_2[i-1]);
euler_2[i]=euler_2[i-1]+dx*(f(x,euler_2[i-1])+f(x+dx,temp))/2;
}
for (i=0,x=0;i<11;i++,x+=dx)
printf("x=%lf\teluer=%lf\teuler_2=%lf\taccu=%lf\n",x,euler[i],euler_2[i],pow(1+x*x,1.0/3)); getch();
}
结果:
流程图:
⑥欧拉隐式方法
#include<stdio.h>
#include<math.h>
#define f(x,y)(x+y)
int main()
{int m;
int i;
double a,b,y0;
double xn,yn,xn1,yn1,yn1b;
double h;
printf("\nInput the begin and end of x:");
scanf("%lf%lf",&a,&b);
printf("Input the y value at %f:",a);
scanf("%lf",&y0);
printf("Input m value[divide(%f,%f)]:",a,b);
scanf("%d",&m);
if(m<=0)
{printf("Please input a number larger than 1.\n");
return(1);
}
h=(b-a)/m;
xn=a;yn=y0;
for(i=1;i<=m;i++)
{xn1=xn+h;
yn1b=yn+h*f(xn,yn);
yn1=yn+h/2*(f(xn,yn)+f(xn1,yn1b));
printf("x%d=%f,y%d=%f\n",i,xn1,i,yn1);
xn=xn1;
yn=yn1;
}return(0);
}
结果:
流程图:
二、实验结果及分析
雅克比迭代法的全部分量都是间接利用,由于新值比旧值好,Gauss-Seidel迭代法直接对算出的分量加以使用,这样使得迭代的收敛情况有所改善,而超松弛法是在Gauss-Seidel迭代法的基础上,应用加速收敛思想而构造的一种方法;欧拉公式和梯形公式在计算上有明显的区别,
欧拉公式的特点是可以有U
N 直接计算U
n+1
,也就是显式的,而梯形公式右端也有U
n+1
,必须通过解
方程才能求得,这类是隐式的。
从算法的角度看显式远比隐式方便,隐式通常用迭代法求解。
三、实验小节、建议及体会
任何一种方法都有它的优点和局限性,只有找到一种方法能够解决我们的问题,又尽量减少出错,减少计算量就是符合这个问题的好方法。
良好的编程习惯有助于检查错误,也可以增强程序的可阅读性。
信息技术在教学中的应用和反思
通过的近期信息技术提升培的学习,结合教学教学中相关信息
技术的应用和周边教师信息技术使用过程的讨论,个人对在现代信息技术手段在教学中应用有引起感触,现整理如下,仅供大家批评指正:
一、信息技术的重要性
随着信息技术使用的走进了人们的工作、生活、学习,尤其在教育教学活动中的地位作用日趋重要。
信息技术走进了日常教学中,改变了传统的教学模式。
将信息技术与教学相整合,提高教学效率以及培养学生的整体素质和全面能力都具有重要意义。
利用现代化的教育教学工具,寓教于乐,以提高教学的实效性。
信息技术在教学中的有效运用已经成为一个热点问题,它将成为课堂教学中不可缺少的一部分,成为学生学习、研究、探索知识的有力工具。
二、信息技术手段在教学中使用的必要性
1、运用现代信息技术资源备课,为课堂教学打下坚实的基础。
备课是教学中的一个重要环节,授课教师要熟悉教材、钻研教材、考虑教法、学法,提高教学实效的基础。
由于条件比较差,与教材有关的资料比较少。
再加上孩子见得少。
这就要求教师课前必须做好充分的准备,多准备与课文有关的资料,选择适合学生的教学方法。
教师备课前先熟悉钻研教材,再上网查阅优秀教师的备课。
网上的备课各式各样,一。