数值分析实验
数值分析综合实验报告
一、实验目的通过本次综合实验，掌握数值分析中常用的插值方法、方程求根方法以及数值积分方法，了解这些方法在实际问题中的应用，提高数值计算能力。
二、实验内容1. 插值方法（1）拉格朗日插值法：利用已知数据点构造多项式，以逼近未知函数。
（2）牛顿插值法：在拉格朗日插值法的基础上，通过增加基函数，提高逼近精度。
2. 方程求根方法（1）二分法：适用于函数在区间内有正负值的情况，通过不断缩小区间来逼近根。
（2）Newton法：利用函数的导数信息，通过迭代逼近根。
（3）不动点迭代法：将方程转化为不动点问题，通过迭代逼近根。
3. 数值积分方法（1）矩形法：将积分区间等分，近似计算函数值的和。
（2）梯形法：将积分区间分成若干等分，用梯形面积近似计算积分。
（3）辛普森法：在梯形法的基础上，将每个小区间再等分，提高逼近精度。
三、实验步骤1. 拉格朗日插值法（1）输入已知数据点，构造拉格朗日插值多项式。
（2）计算插值多项式在未知点的函数值。
2. 牛顿插值法（1）输入已知数据点，构造牛顿插值多项式。
（2）计算插值多项式在未知点的函数值。
3. 方程求根方法（1）输入方程和初始值。
（2）选择求解方法（二分法、Newton法、不动点迭代法）。
（3）迭代计算，直到满足精度要求。
4. 数值积分方法（1）输入被积函数和积分区间。
（2）选择积分方法（矩形法、梯形法、辛普森法）。
（3）计算积分值。
四、实验结果与分析1. 插值方法（1）拉格朗日插值法：通过构造多项式，可以较好地逼近已知数据点。
（2）牛顿插值法：在拉格朗日插值法的基础上，增加了基函数，提高了逼近精度。
2. 方程求根方法（1）二分法：适用于函数在区间内有正负值的情况，计算简单，但收敛速度较慢。
（2）Newton法：利用函数的导数信息，收敛速度较快，但可能存在数值不稳定问题。
（3）不动点迭代法：将方程转化为不动点问题，收敛速度较快，但可能存在初始值选择不当的问题。
3. 数值积分方法（1）矩形法：计算简单，但精度较低。
土木数值分析实验报告(3篇)
第1篇一、实验背景随着我国土木工程领域的不断发展，数值分析方法在工程设计和施工中的应用越来越广泛。
为了更好地理解和掌握数值分析方法，本实验报告以某典型土木工程问题为背景，通过数值分析软件对问题进行模拟，分析结果并得出结论。
二、实验目的1. 熟悉数值分析软件的基本操作和功能。
2. 建立合理的数值模型，对土木工程问题进行模拟分析。
3. 分析模拟结果，验证理论计算的准确性，为实际工程提供参考。
三、实验内容1. 问题背景：某桥梁工程中，需要进行桥梁结构的稳定性分析。
2. 数值模型建立：- 选择合适的数值分析软件（如ANSYS、ABAQUS等）。
- 建立桥梁结构的几何模型，包括桥梁的梁、板、柱等构件。
- 确定材料属性，如弹性模量、泊松比等。
- 设置边界条件和加载方式。
3. 数值模拟：- 进行网格划分，确保网格质量满足分析要求。
- 运行模拟，获取桥梁结构的应力、应变等数据。
4. 结果分析：- 分析桥梁结构的应力分布情况，确定结构的安全性。
- 分析桥梁结构的变形情况，评估结构的舒适性。
- 将模拟结果与理论计算结果进行对比，验证数值方法的准确性。
四、实验步骤1. 模型建立：- 使用CAD软件绘制桥梁结构的几何模型。
- 将几何模型导入数值分析软件。
2. 材料属性设置：- 根据设计规范和实际材料性能，设置材料的弹性模量、泊松比等参数。
3. 边界条件和加载方式设置：- 根据实际工程情况，设置边界条件和加载方式。
4. 网格划分：- 选择合适的网格划分方法，确保网格质量满足分析要求。
5. 模拟运行：- 运行模拟，获取桥梁结构的应力、应变等数据。
6. 结果分析：- 分析桥梁结构的应力分布情况，确定结构的安全性。
- 分析桥梁结构的变形情况，评估结构的舒适性。
- 将模拟结果与理论计算结果进行对比，验证数值方法的准确性。
五、实验结果与分析1. 应力分布情况：- 模拟结果显示，桥梁结构的最大应力出现在梁的支座处，符合理论计算结果。
数值分析积分实验报告(3篇)
第1篇一、实验目的本次实验旨在通过数值分析的方法，研究几种常见的数值积分方法，包括梯形法、辛普森法、复化梯形法和龙贝格法，并比较它们在计算精度和效率上的差异。
通过实验，加深对数值积分理论和方法的理解，提高编程能力和实际问题解决能力。
二、实验内容1. 梯形法梯形法是一种基本的数值积分方法，通过将积分区间分割成若干个梯形，计算梯形面积之和来近似积分值。
实验中，我们选取了几个不同的函数，对积分区间进行划分，计算积分近似值，并与实际积分值进行比较。
2. 辛普森法辛普森法是另一种常见的数值积分方法，它通过将积分区间分割成若干个等距的区间，在每个区间上使用二次多项式进行插值，然后计算多项式与x轴围成的面积之和来近似积分值。
实验中，我们对比了辛普森法和梯形法的计算结果，分析了它们的精度差异。
3. 复化梯形法复化梯形法是对梯形法的一种改进，通过将积分区间分割成多个小区间，在每个小区间上使用梯形法进行积分，然后计算所有小区间积分值的和来近似积分值。
实验中，我们对比了复化梯形法和辛普森法的计算结果，分析了它们的精度和效率。
4. 龙贝格法龙贝格法是一种通过外推加速提高计算精度的数值积分方法。
它通过比较使用不同点数（n和2n）的积分结果，得到更高精度的积分结果。
实验中，我们使用龙贝格法对几个函数进行积分，并与其他方法进行了比较。
三、实验步骤1. 编写程序实现梯形法、辛普森法、复化梯形法和龙贝格法。
2. 选取几个不同的函数，对积分区间进行划分。
3. 使用不同方法计算积分近似值，并与实际积分值进行比较。
4. 分析不同方法的精度和效率。
四、实验结果与分析1. 梯形法梯形法在计算精度上相对较低，但当积分区间划分足够细时，其计算结果可以接近实际积分值。
2. 辛普森法辛普森法在计算精度上优于梯形法，但当积分区间划分较细时，计算量较大。
3. 复化梯形法复化梯形法在计算精度上与辛普森法相当，但计算量较小。
4. 龙贝格法龙贝格法在计算精度上优于复化梯形法，且计算量相对较小。
数值分析方法实验报告
一、实验目的通过本次实验，掌握数值分析方法的基本原理和应用，熟悉MATLAB编程环境，学会使用MATLAB进行数值计算，并分析不同数值方法的优缺点。
二、实验内容1. 二分法求方程根（1）原理：二分法是一种迭代方法，通过不断缩小根所在的区间，直到满足精度要求为止。
（2）步骤：①给定初始区间[a, b]，使得f(a) f(b) < 0；②计算区间中点c = (a + b) / 2；③判断f(c)的符号：a. 若f(c) = 0，则c为方程的根；b. 若f(c) f(a) < 0，则新的区间为[a, c]；c. 若f(c) f(b) < 0，则新的区间为[c, b]；④重复步骤②和③，直到满足精度要求。
（3）代码实现：```MATLABfunction root = bisection_method(f, a, b, tol)while (b - a) / 2 > tolc = (a + b) / 2;if f(c) == 0break;elseif f(a) f(c) < 0b = c;elsea = c;endendroot = (a + b) / 2;end```2. Newton法求方程根（1）原理：Newton法是一种基于切线逼近的迭代方法，通过不断逼近函数的零点。
（2）步骤：①给定初始值x0；②计算导数f'(x)和f(x)在x0处的值；③计算新的近似值x1 = x0 - f(x0) / f'(x0)；④重复步骤②和③，直到满足精度要求。
（3）代码实现：```MATLABfunction root = newton_method(f, df, x0, tol)while abs(f(x0)) > tolx1 = x0 - f(x0) / df(x0);x0 = x1;endroot = x0;end```3.不动点迭代法求方程根（1）原理：不动点迭代法是一种迭代方法，通过不断逼近不动点，即方程的根。
数值分析追赶法实验报告(3篇)
第1篇一、实验目的通过本次实验，掌握追赶法的基本原理和计算步骤，了解追赶法在解三对角线性方程组中的应用，并学会利用C++编程实现追赶法，提高编程能力。
二、实验原理追赶法是一种解三对角线性方程组的迭代方法，其基本原理是利用递推公式逐步求解未知数。
对于形如Ax=b的三对角线性方程组，其中系数矩阵A具有如下形式：A = [a_00, a_01, 0, ..., 0;a_10, a_11, a_12, ..., 0;0, a_21, a_22, ..., a_2n-1;...;0, ..., 0, a_n2]追赶法将系数矩阵A分解为两个因子L和U，其中L为下三角矩阵，U为上三角矩阵，即：A = LU其中：L = [1, 0, ..., 0;a_10/a_11, 1, 0, ..., 0;..., ..., ..., ...;a_n1/a_n2, ..., ..., ..., 1]U = [a_11, a_12, ..., a_1n;0, a_22, ..., a_2n-1;..., ..., ..., ...;0, ..., ..., a_n2]通过递推公式求解L和U中的元素，进而得到解向量x：x_1 = b_1 / a_11x_i = (b_i - ∑(j=1 to i-1) l_ij x_j) / u_ij, i = 2, ..., n三、实验步骤1. 编写C++程序，实现追赶法的基本算法。
2. 生成三对角线性方程组的系数矩阵A和解向量b。
3. 调用C++程序，计算追赶法的结果，并输出解向量x。
4. 分析追赶法的计算过程，验证结果是否正确。
四、实验数据及结果1. 生成三对角线性方程组的系数矩阵A和解向量b。
假设A为：A = [2, -1, 0, 0, 0;-1, 2, -1, 0, 0;0, -1, 2, -1, 0;0, 0, -1, 2, -1;0, 0, 0, -1, 2]b = [1, 1, 1, 1, 1]2. 追赶法计算结果。
数值分析实验报告心得(3篇)
第1篇在数值分析这门课程的学习过程中，我深刻体会到了理论知识与实践操作相结合的重要性。
通过一系列的实验，我对数值分析的基本概念、方法和应用有了更加深入的理解。
以下是我对数值分析实验的心得体会。
一、实验目的与意义1. 巩固数值分析理论知识：通过实验，将课堂上学到的理论知识应用到实际问题中，加深对数值分析概念和方法的理解。
2. 培养实际操作能力：实验过程中，我学会了使用Matlab等软件进行数值计算，提高了编程能力。
3. 增强解决实际问题的能力：实验项目涉及多个领域，通过解决实际问题，提高了我的问题分析和解决能力。
4. 培养团队协作精神：实验过程中，我与同学们分工合作，共同完成任务，培养了团队协作精神。
二、实验内容及方法1. 实验一：拉格朗日插值法与牛顿插值法（1）实验目的：掌握拉格朗日插值法和牛顿插值法的原理，能够运用这两种方法进行函数逼近。
（2）实验方法：首先，我们选择一组数据点，然后利用拉格朗日插值法和牛顿插值法构造插值多项式。
最后，我们将插值多项式与原始函数进行比较，分析误差。
2. 实验二：方程求根（1）实验目的：掌握二分法、Newton法、不动点迭代法、弦截法等方程求根方法，能够运用这些方法求解非线性方程的根。
（2）实验方法：首先，我们选择一个非线性方程，然后运用二分法、Newton法、不动点迭代法、弦截法等方法求解方程的根。
最后，比较不同方法的收敛速度和精度。
3. 实验三：线性方程组求解（1）实验目的：掌握高斯消元法、矩阵分解法等线性方程组求解方法，能够运用这些方法求解线性方程组。
（2）实验方法：首先，我们构造一个线性方程组，然后运用高斯消元法、矩阵分解法等方法求解方程组。
最后，比较不同方法的计算量和精度。
4. 实验四：多元统计分析（1）实验目的：掌握多元统计分析的基本方法，能够运用这些方法对数据进行分析。
（2）实验方法：首先，我们收集一组多元数据，然后运用主成分分析、因子分析等方法对数据进行降维。
数值分析实验报告
一、实验目的1. 理解数值分析的基本概念和常用算法；2. 掌握数值方法在求解实际问题中的应用；3. 培养编程能力，提高对数值分析软件的使用熟练度。
二、实验内容本次实验主要涉及以下内容：1. 拉格朗日插值法；2. 牛顿插值法；3. 线性方程组的求解方法；4. 方程求根的数值方法；5. 最小二乘法曲线拟合。
三、实验步骤1. 拉格朗日插值法（1）输入数据：给定一组数据点（x1, y1）、（x2, y2）、...、（xn, yn）。
（2）计算拉格朗日插值多项式L(x)。
（3）利用L(x)计算待求点x0的函数值y0。
2. 牛顿插值法（1）输入数据：给定一组数据点（x1, y1）、（x2, y2）、...、（xn, yn）。
（2）计算牛顿插值多项式N(x)。
（3）利用N(x)计算待求点x0的函数值y0。
3. 线性方程组的求解方法（1）输入数据：给定线性方程组的系数矩阵A和常数向量b。
（2）采用高斯消元法求解线性方程组Ax=b。
4. 方程求根的数值方法（1）输入数据：给定函数f(x)和初始值x0。
（2）采用二分法求解方程f(x)=0的根。
5. 最小二乘法曲线拟合（1）输入数据：给定一组数据点（x1, y1）、（x2, y2）、...、（xn, yn）。
（2）建立线性最小二乘模型y=F(x)。
（3）利用最小二乘法求解模型参数。
四、实验结果与分析1. 拉格朗日插值法与牛顿插值法的比较通过实验，我们发现牛顿插值法的精度高于拉格朗日插值法。
这是因为牛顿插值法在计算过程中考虑了前一项的导数信息，从而提高了插值多项式的平滑性。
2. 线性方程组的求解方法高斯消元法在求解线性方程组时，计算过程较为繁琐，但稳定性较好。
在实际应用中，可根据具体问题选择合适的方法。
3. 方程求根的数值方法二分法在求解方程时，收敛速度较慢，但具有较好的稳定性。
对于初始值的选择，应尽量接近真实根。
4. 最小二乘法曲线拟合最小二乘法在拟合曲线时，误差较小，适用于数据点较多的情况。
数值分析原理实验报告
一、实验目的通过本次实验，掌握数值分析的基本原理和方法，了解数值分析在科学和工程领域的应用，培养动手能力和分析问题的能力。
二、实验内容1. 二分法求方程根（1）原理：二分法是一种在实数域上寻找函数零点的算法。
对于连续函数f(x)，如果在区间[a, b]上f(a)f(b)<0，则存在一个根在区间(a, b)内。
二分法的基本思想是将区间[a, b]不断二分，缩小根所在的区间，直到满足精度要求。
（2）实验步骤：① 输入函数f(x)和精度要求；② 初始化区间[a, b]和中间点c=a+(b-a)/2；③ 判断f(c)与f(a)的符号，若符号相同，则将区间缩小为[a, c]，否则缩小为[c,b]；④ 重复步骤②和③，直到满足精度要求；⑤ 输出根的近似值。
2. 牛顿法求方程根（1）原理：牛顿法是一种在实数域上寻找函数零点的算法。
对于可导函数f(x)，如果在点x0附近，f(x0)f'(x0)≠0，则存在一个根在点x0附近。
牛顿法的基本思想是通过泰勒展开近似函数，然后求解近似方程的根。
（2）实验步骤：① 输入函数f(x)和精度要求；② 初始化迭代次数n=0，近似根x0；③ 计算导数f'(x0)；④ 求解近似方程x1=x0-f(x0)/f'(x0)；⑤ 判断|x1-x0|是否满足精度要求，若满足，则停止迭代；否则，将x0更新为x1，n=n+1，返回步骤③。
3. 雅可比迭代法解线性方程组（1）原理：雅可比迭代法是一种解线性方程组的迭代算法。
对于线性方程组Ax=b，雅可比迭代法的基本思想是利用矩阵A的对角线元素将方程组分解为多个一元线性方程，然后逐个求解。
（2）实验步骤：① 输入系数矩阵A和常数向量b；② 初始化迭代次数n=0，近似解向量x0；③ 计算对角线元素d1, d2, ..., dn；④ 更新近似解向量x1=x0-A/d1, x2=x0-A/d2, ..., xn=x0-A/dn；⑤ 判断|x1-x0|是否满足精度要求，若满足，则停止迭代；否则，将x0更新为x1, x2, ..., xn，n=n+1，返回步骤③。
数值分析实验报告5篇
0.03877676439380 0.16256584868280 0.13322664013598 0.02164258317546
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即当对扰动项的系数越来越小时对其多项式扰动的结果也就越来越小即扰动敏感性与扰动项的系数成正比扰动项的系数越大对其根的扰动敏感性就越明显当扰动的系数一定时扰动敏感性与扰动的项的幂数成正比扰动的项的幂数越高对其根的扰动敏感性就越明显
误差分析
实验1.1（问题）
实验目的：算法有“优”与“劣”之分，问题也有“好”与“坏”之别。对 数值方法的研究而言，所谓坏问题就是问题本身对扰动敏感者，反之属 于好问题。通过本实验可获得一个初步体会。 数值分析的大部分研究课题中，如线性代数方程组、矩阵特征值 问题、非线性方程及方程组等都存在病态的问题。病态问题要通过研究 和构造特殊的算法来解决，当然一般要付出一些代价（如耗用更多的机 器时间、占用更多的存储空间等）。 问题提出：考虑一个高次的代数多项式 显然该多项式的全部根为1,2,…,20共计20个，且每个根都是单重的。现 考虑该多项式的一个扰动 其中是一个非常小的数。这相当于是对（1.1）中的系数作一个小的扰 动。我们希望比较（1.1）和（1.2）根的差别，从而分析方程（1.1）的 解对扰动的敏感性。 实验内容：为了实现方便，我们先介绍两个Matlab函 数：“roots”和“poly”。 其中若变量a存储n+1维的向量，则该函数的输出u为一个n维的向量。设 a的元素依次为，则输出u的各分量是多项式方程 的全部根；而函数 的输出b是一个n+1维变量，它是以n维变量v的各分量为根的多项式的系 数。可见“roots”和“poly”是两个互逆的运算函数。 上述简单的Matlab程序便得到（1.2）的全部根，程序中的“ess”即是 （1.2）中的。
数值分析实验报告总结
一、实验背景数值分析是研究数值计算方法及其理论的学科，是计算机科学、数学、物理学等领域的重要基础。
为了提高自身对数值分析理论和方法的理解，我们进行了数值分析实验，通过实验加深对理论知识的掌握，提高实际操作能力。
二、实验目的1. 理解数值分析的基本理论和方法；2. 掌握数值分析实验的基本步骤和技巧；3. 培养实验设计和数据分析能力；4. 提高编程和计算能力。
三、实验内容本次实验主要分为以下几个部分：1. 线性方程组求解实验：通过高斯消元法、LU分解法等求解线性方程组，并分析算法的稳定性和误差；2. 矩阵特征值问题计算实验：利用幂法、逆幂法等计算矩阵的特征值和特征向量，分析算法的收敛性和精度；3. 非线性方程求根实验：运用二分法、牛顿法、不动点迭代法等求解非线性方程的根，比较不同算法的优缺点；4. 函数插值实验：运用拉格朗日插值、牛顿插值等方法对给定的函数进行插值，分析插值误差；5. 常微分方程初值问题数值解法实验：运用欧拉法、改进的欧拉法、龙格-库塔法等求解常微分方程初值问题，比较不同算法的稳定性和精度。
四、实验过程1. 线性方程组求解实验：首先，编写程序实现高斯消元法、LU分解法等算法；然后，对给定的线性方程组进行求解，记录计算结果；最后，分析算法的稳定性和误差。
2. 矩阵特征值问题计算实验：编写程序实现幂法、逆幂法等算法；然后，对给定的矩阵进行特征值和特征向量的计算，记录计算结果；最后，分析算法的收敛性和精度。
3. 非线性方程求根实验：编写程序实现二分法、牛顿法、不动点迭代法等算法；然后，对给定的非线性方程进行求根，记录计算结果；最后，比较不同算法的优缺点。
4. 函数插值实验：编写程序实现拉格朗日插值、牛顿插值等方法；然后，对给定的函数进行插值，记录计算结果；最后，分析插值误差。
5. 常微分方程初值问题数值解法实验：编写程序实现欧拉法、改进的欧拉法、龙格-库塔法等算法；然后，对给定的常微分方程初值问题进行求解，记录计算结果；最后，比较不同算法的稳定性和精度。
数值分析实验报告全(3篇)
第1篇一、实验目的本次实验旨在通过编程实现数值分析中的几种重要算法，包括线性方程组求解、方程求根、插值与曲线拟合等，加深对数值分析理论的理解，提高编程能力和实际应用能力。
二、实验内容1. 线性方程组求解（1）高斯消元法：通过将矩阵化为上三角形式，再进行回代求解。
（2）克劳斯消元法：对矩阵进行逐行归一化处理，逐行消元。
（3）列主元素法：每次选取列主元素进行消元。
2. 方程求根（1）二分法：在给定区间内，通过不断缩小区间，逼近方程的根。
（2）Newton法：利用导数信息，通过迭代计算逼近方程的根。
（3）不动点迭代法：通过迭代过程，将初始值逐步逼近方程的根。
（4）弦截法：利用弦线与x轴的交点，近似求解方程的根。
3. 插值与曲线拟合（1）拉格朗日插值法：通过构造拉格朗日插值多项式，逼近函数在给定点的值。
（2）牛顿插值法：利用差商表，构造牛顿插值多项式，逼近函数在给定点的值。
（3）最小二乘法：通过最小化误差平方和，拟合曲线。
三、实验步骤1. 线性方程组求解（1）设计程序，实现高斯消元法。
（2）设计程序，实现克劳斯消元法。
（3）设计程序，实现列主元素法。
2. 方程求根（1）设计程序，实现二分法。
（2）设计程序，实现Newton法。
（3）设计程序，实现不动点迭代法。
（4）设计程序，实现弦截法。
3. 插值与曲线拟合（1）设计程序，实现拉格朗日插值法。
（2）设计程序，实现牛顿插值法。
（3）设计程序，实现最小二乘法。
四、实验结果与分析1. 线性方程组求解（1）高斯消元法：通过实验，验证高斯消元法可以成功求解线性方程组。
（2）克劳斯消元法：通过实验，验证克劳斯消元法可以成功求解线性方程组。
（3）列主元素法：通过实验，验证列主元素法可以成功求解线性方程组。
2. 方程求根（1）二分法：通过实验，验证二分法可以成功逼近方程的根。
（2）Newton法：通过实验，验证Newton法可以成功逼近方程的根。
（3）不动点迭代法：通过实验，验证不动点迭代法可以成功逼近方程的根。
数值分析绪论实验报告
一、实验目的1. 了解数值分析的基本概念和主要内容；2. 掌握数值计算的基本方法，如插值、求根、数值积分等；3. 培养使用计算机进行数值计算的能力；4. 增强对数值分析在实际问题中的应用意识。
二、实验内容1. 插值法：拉格朗日插值、牛顿插值；2. 求根法：二分法、牛顿法、不动点迭代法；3. 数值积分：矩形法、梯形法、辛普森法。
三、实验步骤1. 插值法实验（1）编写拉格朗日插值程序，以x1, x2, ..., xn为节点，y1, y2, ..., yn为函数值，求插值多项式P(x)。
（2）编写牛顿插值程序，以x1, x2, ..., xn为节点，y1, y2, ..., yn为函数值，求插值多项式P(x)。
2. 求根法实验（1）编写二分法程序，求方程f(x) = 0在区间[a, b]上的根。
（2）编写牛顿法程序，求方程f(x) = 0在初始值x0附近的根。
（3）编写不动点迭代法程序，求方程f(x) = 0在初始值x0附近的根。
3. 数值积分实验（1）编写矩形法程序，求定积分∫f(x)dx在区间[a, b]上的近似值。
（2）编写梯形法程序，求定积分∫f(x)dx在区间[a, b]上的近似值。
（3）编写辛普森法程序，求定积分∫f(x)dx在区间[a, b]上的近似值。
四、实验结果与分析1. 插值法实验（1）使用拉格朗日插值法，以x1, x2, ..., xn为节点，y1, y2, ..., yn为函数值，求插值多项式P(x)。
（2）使用牛顿插值法，以x1, x2, ..., xn为节点，y1, y2, ..., yn为函数值，求插值多项式P(x)。
2. 求根法实验（1）使用二分法，求方程f(x) = 0在区间[a, b]上的根。
（2）使用牛顿法，求方程f(x) = 0在初始值x0附近的根。
（3）使用不动点迭代法，求方程f(x) = 0在初始值x0附近的根。
3. 数值积分实验（1）使用矩形法，求定积分∫f(x)dx在区间[a, b]上的近似值。
华工数值分析实验报告
一、实验名称数值分析实验二、实验目的1. 掌握数值分析的基本概念和方法。
2. 理解并应用插值法、数值积分、数值微分、数值解法等数值分析的基本方法。
3. 提高数值计算能力和编程能力。
三、实验内容1. 插值法1.1 拉格朗日插值法1.2 牛顿插值法1.3 线性插值法1.4 拉格朗日插值法与牛顿插值法的比较2. 数值积分2.1 牛顿-科特斯公式2.2 帕普斯公式2.3 比较牛顿-科特斯公式与帕普斯公式的精度3. 数值微分3.1 前向差分法3.2 后向差分法3.3 中点差分法3.4 比较三种差分法的精度4. 数值解法4.1 线性方程组的迭代法4.2 非线性方程的迭代法4.3 比较不同迭代法的收敛速度四、实验步骤1. 插值法1.1 输入插值点的数据，使用拉格朗日插值法计算插值多项式。
1.2 使用牛顿插值法计算插值多项式。
1.3 使用线性插值法计算插值多项式。
1.4 比较三种插值法的精度。
2. 数值积分2.1 输入被积函数和积分区间，使用牛顿-科特斯公式进行数值积分。
2.2 使用帕普斯公式进行数值积分。
2.3 比较两种数值积分方法的精度。
3. 数值微分3.1 输入函数和求导点的数据，使用前向差分法、后向差分法和中点差分法计算导数。
3.2 比较三种差分法的精度。
4. 数值解法4.1 输入线性方程组或非线性方程，使用迭代法求解方程组或方程。
4.2 比较不同迭代法的收敛速度。
五、实验结果与分析1. 插值法通过比较三种插值法的精度，得出以下结论：- 线性插值法精度最低。
- 拉格朗日插值法与牛顿插值法精度较高，但牛顿插值法在计算过程中需要计算多项式的导数，增加了计算量。
2. 数值积分通过比较牛顿-科特斯公式与帕普斯公式的精度，得出以下结论：- 牛顿-科特斯公式精度较高。
- 帕普斯公式精度较低。
3. 数值微分通过比较三种差分法的精度，得出以下结论：- 中点差分法精度最高。
- 后向差分法次之。
- 前向差分法精度最低。
4. 数值解法通过比较不同迭代法的收敛速度，得出以下结论：- 牛顿迭代法收敛速度最快。
数值分析matlab实验报告
数值分析matlab实验报告数值分析 Matlab 实验报告一、实验目的数值分析是研究各种数学问题数值解法的学科，Matlab 则是一款功能强大的科学计算软件。
本次实验旨在通过使用 Matlab 解决一系列数值分析问题，加深对数值分析方法的理解和应用能力，掌握数值计算中的误差分析、数值逼近、数值积分与数值微分等基本概念和方法，并培养运用计算机解决实际数学问题的能力。
二、实验内容（一）误差分析在数值计算中，误差是不可避免的。
通过对给定函数进行计算，分析截断误差和舍入误差的影响。
例如，计算函数＄f(x) ＝＼sin(x)＄在＄x ＝ 05$ 附近的值，比较不同精度下的结果差异。
（二）数值逼近1、多项式插值使用拉格朗日插值法和牛顿插值法对给定的数据点进行插值，得到拟合多项式，并分析其误差。
2、曲线拟合采用最小二乘法对给定的数据进行线性和非线性曲线拟合，如多项式曲线拟合和指数曲线拟合。
（三）数值积分1、牛顿柯特斯公式实现梯形公式、辛普森公式和柯特斯公式，计算给定函数在特定区间上的积分值，并分析误差。
2、高斯求积公式使用高斯勒让德求积公式计算积分，比较其精度与牛顿柯特斯公式的差异。
（四）数值微分利用差商公式计算函数的数值导数，分析步长对结果的影响，探讨如何选择合适的步长以提高精度。
三、实验步骤（一）误差分析1、定义函数｀compute_sin_error` 来计算不同精度下的正弦函数值和误差。
｀｀｀matlabfunction value, error ＝ compute_sin_error(x, precision)true_value ＝ sin(x)；computed_value ＝ vpa(sin(x)， precision)；error ＝ abs(true_value computed_value)；end｀｀｀2、在主程序中调用该函数，分别设置不同的精度进行计算和分析。
（二）数值逼近1、拉格朗日插值法｀｀｀matlabfunction L ＝ lagrange_interpolation(x, y, xi)n ＝ length(x)；L ＝ 0;for i ＝ 1:nli ＝ 1;for j ＝ 1:nif j ～＝ ili ＝ li （xi x(j)）／（x(i) x(j)）；endendL ＝ L ＋ y(i) li;endend｀｀｀2、牛顿插值法｀｀｀matlabfunction N ＝ newton_interpolation(x, y, xi)n ＝ length(x)；％计算差商表D ＝ zeros(n, n)；D(：， 1) ＝ y'；for j ＝ 2:nfor i ＝ j:nD(i, j) ＝（D(i, j 1) D(i 1, j 1)）／（x(i) x(i j ＋ 1)）；endend％计算插值结果N ＝ D(1, 1)；term ＝ 1;for i ＝ 2:nterm ＝ term （xi x(i 1)）；N ＝ N ＋ D(i, i) term;endend｀｀｀3、曲线拟合｀｀｀matlab％线性最小二乘拟合p ＝ polyfit(x, y, 1)；y_fit_linear ＝ polyval(p, x)；％多项式曲线拟合p ＝ polyfit(x, y, n)；％ n 为多项式的次数y_fit_poly ＝ polyval(p, x)；％指数曲线拟合p ＝ fit(x, y, ＇exp1'）；y_fit_exp ＝ p(x)；｀｀｀（三）数值积分1、梯形公式｀｀｀matlabfunction T ＝ trapezoidal_rule(f, a, b, n)h ＝（b a) ／ n;x ＝ a:h:b;y ＝ f(x)；T ＝ h （（y(1) ＋ y(end)）／ 2 ＋ sum(y(2:end 1)））；end｀｀｀2、辛普森公式｀｀｀matlabfunction S ＝ simpson_rule(f, a, b, n)if mod(n, 2) ～＝ 0error(＇n 必须为偶数'）；endh ＝（b a) ／ n;x ＝ a:h:b;y ＝ f(x)；S ＝ h ／ 3 （y(1) ＋ 4 sum(y(2:2:end 1)）＋ 2 sum(y(3:2:end 2)）＋ y(end)）；end｀｀｀3、柯特斯公式｀｀｀matlabfunction C ＝ cotes_rule(f, a, b, n)h ＝（b a) ／ n;x ＝ a:h:b;y ＝ f(x)；w ＝ 7, 32, 12, 32, 7 ／ 90;C ＝ h sum(w y)；end｀｀｀4、高斯勒让德求积公式｀｀｀matlabfunction G ＝ gauss_legendre_integration(f, a, b)x, w ＝ gauss_legendre(5)；％选择适当的节点数t ＝（b a) ／ 2 x ＋（a ＋ b) ／ 2;G ＝（b a) ／ 2 sum(w f(t)）；end｀｀｀（四）数值微分｀｀｀matlabfunction dydx ＝ numerical_derivative(f, x, h)dydx ＝（f(x ＋ h) f(x h)）／（2 h)；end｀｀｀四、实验结果与分析（一）误差分析通过不同精度的计算，发现随着精度的提高，误差逐渐减小，但计算时间也相应增加。
数值分析拟合实验报告(3篇)
第1篇一、实验目的本次实验旨在通过数值分析方法对一组已知数据点进行拟合，掌握线性插值、多项式插值、样条插值等方法的基本原理和实现过程，并学会使用MATLAB进行数值拟合。
二、实验内容1. 线性插值线性插值是一种简单的插值方法，适用于数据点分布较为均匀的情况。
其基本原理是通过两个相邻的数据点，利用线性关系拟合出一条直线，然后通过该直线来估算未知的值。
2. 多项式插值多项式插值是一种较为精确的插值方法，通过构造一个多项式函数来逼近已知数据点。
其基本原理是利用最小二乘法求解多项式的系数，使得多项式在已知数据点上的误差最小。
3. 样条插值样条插值是一种更灵活的插值方法，通过构造一系列样条曲线来逼近已知数据点。
其基本原理是利用最小二乘法求解样条曲线的系数，使得样条曲线在已知数据点上的误差最小。
三、实验步骤1. 线性插值（1）在MATLAB中输入已知数据点，如：x = [1, 2, 3, 4, 5];y = [2, 4, 6, 8, 10];（2）使用MATLAB内置函数`linspace`生成插值点：xi = linspace(1, 5, 100);（3）使用MATLAB内置函数`interp1`进行线性插值：yi = interp1(x, y, xi, 'linear');（4）绘制插值曲线：plot(xi, yi, 'b-', x, y, 'ro');2. 多项式插值（1）在MATLAB中输入已知数据点，如：x = [1, 2, 3, 4, 5];y = [2, 4, 6, 8, 10];（2）使用MATLAB内置函数`polyfit`求解多项式系数：p = polyfit(x, y, 3);（3）使用MATLAB内置函数`polyval`进行多项式插值：yi = polyval(p, xi);（4）绘制插值曲线：plot(xi, yi, 'b-', x, y, 'ro');3. 样条插值（1）在MATLAB中输入已知数据点，如：x = [1, 2, 3, 4, 5];y = [2, 4, 6, 8, 10];（2）使用MATLAB内置函数`spline`进行样条插值：yi = spline(x, y, xi);（3）绘制插值曲线：plot(xi, yi, 'b-', x, y, 'ro');四、实验结果与分析1. 线性插值线性插值方法简单易行，但精度较低，适用于数据点分布较为均匀的情况。
数值分析的实验报告
数值分析的实验报告数值分析的实验报告导言数值分析是一门研究数值计算方法和数值计算误差的学科，它在科学计算、工程技术和社会经济等领域具有广泛的应用。
本实验旨在通过对数值分析方法的实际应用，验证其有效性和可靠性。
实验一：方程求根方程求根是数值分析中的基础问题之一。
我们选取了一个非线性方程进行求解。
首先，我们使用二分法进行求解。
通过多次迭代，我们得到了方程的一个近似解。
然后，我们使用牛顿法进行求解。
与二分法相比，牛顿法的收敛速度更快，但需要选择一个初始点。
通过比较两种方法的结果，我们验证了牛顿法的高效性。
实验二：插值与拟合插值与拟合是数值分析中常用的数据处理方法。
我们选取了一组实验数据，通过拉格朗日插值法和最小二乘法进行插值和拟合。
通过对比两种方法的拟合效果，我们验证了最小二乘法在处理含有噪声数据时的优势。
同时，我们还讨论了插值和拟合的精度与样本点数量之间的关系。
实验三：数值积分数值积分是数值分析中的重要内容之一。
我们选取了一个定积分进行计算。
首先，我们使用复化梯形公式进行积分计算。
通过增加分割区间的数量，我们得到了更精确的结果。
然后，我们使用复化辛普森公式进行积分计算。
与复化梯形公式相比，复化辛普森公式具有更高的精度。
通过比较两种方法的结果，我们验证了复化辛普森公式的优越性。
实验四：常微分方程数值解常微分方程数值解是数值分析中的重要应用之一。
我们选取了一个常微分方程进行数值解的计算。
首先，我们使用欧拉方法进行数值解的计算。
然后，我们使用改进的欧拉方法进行数值解的计算。
通过比较两种方法的结果，我们验证了改进的欧拉方法的更高精度和更好的稳定性。
实验五：线性方程组的数值解法线性方程组的数值解法是数值分析中的重要内容之一。
我们选取了一个线性方程组进行数值解的计算。
首先，我们使用高斯消元法进行数值解的计算。
然后，我们使用追赶法进行数值解的计算。
通过比较两种方法的结果，我们验证了追赶法在求解三对角线性方程组时的高效性。
数值分析实验报告
数值分析实验报告一、实验目的数值分析是一门研究用计算机求解数学问题的数值方法及其理论的学科。
本次实验的目的在于通过实际操作和编程实现，深入理解和掌握数值分析中的常见算法，提高运用数值方法解决实际问题的能力，并对算法的精度、稳定性和效率进行分析和比较。
二、实验环境本次实验使用的编程语言为 Python，使用的开发工具为 PyCharm。
实验所依赖的主要库包括 NumPy、Matplotlib 等。
三、实验内容（一）函数逼近与插值1、拉格朗日插值法通过给定的离散数据点，构建拉格朗日插值多项式，对未知点进行函数值的估计。
2、牛顿插值法与拉格朗日插值法类似，但采用了不同的形式和计算方式。
（二）数值积分1、梯形公式将积分区间划分为若干个梯形，通过计算梯形面积之和来近似积分值。
2、辛普森公式基于抛物线拟合的方法，提高积分近似的精度。
（三）线性方程组求解1、高斯消元法通过逐行消元将线性方程组化为上三角形式，然后回代求解。
2、 LU 分解法将系数矩阵分解为下三角矩阵 L 和上三角矩阵 U，然后通过两次前代和回代求解。
（四）非线性方程求解1、二分法通过不断将区间一分为二，逐步缩小根所在的区间，直到满足精度要求。
2、牛顿迭代法利用函数的切线来逼近根，通过迭代逐步收敛到根的近似值。
四、实验步骤（一）函数逼近与插值1、拉格朗日插值法定义计算拉格朗日基函数的函数。
根据给定的数据点和待求点，计算插值多项式的值。
输出插值结果，并与真实值进行比较。
2、牛顿插值法计算差商表。
构建牛顿插值多项式。
进行插值计算和结果分析。
（二）数值积分1、梯形公式定义积分区间和被积函数。
按照梯形公式计算积分近似值。
分析误差。
2、辛普森公式同样定义积分区间和被积函数。
运用辛普森公式计算积分近似值。
比较与梯形公式的精度差异。
（三）线性方程组求解1、高斯消元法输入系数矩阵和右端项向量。
进行消元操作。
回代求解方程。
输出解向量。
2、 LU 分解法对系数矩阵进行 LU 分解。
工程数值分析实验报告(3篇)
第1篇一、实验目的本次实验旨在通过数值分析的方法，对工程实际问题进行建模、求解和分析。
通过学习数值方法的基本原理和算法，提高解决实际工程问题的能力。
二、实验内容1. 线性方程组的求解2. 矩阵特征值与特征向量的计算3. 函数插值与曲线拟合4. 数值微分与积分三、实验步骤1. 线性方程组的求解（1）编写程序实现高斯消元法、克劳斯消元法和列主元素法（2）设计输入界面，用户输入增广矩阵的行和列，填写系数及常数项（3）分别运用三种方法求解线性方程组，比较求解结果的正确性、数值稳定性和计算效率2. 矩阵特征值与特征向量的计算（1）编写程序实现幂法、QR算法和逆幂法（2）设计输入界面，用户输入矩阵的行和列，填写矩阵元素（3）分别运用三种方法计算矩阵的特征值与特征向量，比较求解结果的准确性和计算效率3. 函数插值与曲线拟合（1）编写程序实现拉格朗日插值、牛顿插值和样条插值（2）设计输入界面，用户输入函数的自变量和函数值，选择插值方法（3）分别运用三种方法进行函数插值，比较插值结果的准确性和光滑性4. 数值微分与积分（1）编写程序实现有限差分法、龙格-库塔法和辛普森法（2）设计输入界面，用户输入函数的导数或积分的上下限，选择数值方法（3）分别运用三种方法进行数值微分和积分，比较求解结果的准确性和计算效率四、实验结果与分析1. 线性方程组的求解通过实验，我们发现列主元素法在求解线性方程组时具有较好的数值稳定性，计算效率也较高。
而高斯消元法和克劳斯消元法在处理大型稀疏矩阵时存在一定的困难。
2. 矩阵特征值与特征向量的计算实验结果表明，QR算法和逆幂法在计算矩阵特征值与特征向量时具有较高的准确性和计算效率。
幂法在处理大型稀疏矩阵时表现出较好的性能。
3. 函数插值与曲线拟合在函数插值和曲线拟合实验中，样条插值方法具有较好的准确性和光滑性。
拉格朗日插值和牛顿插值方法在处理简单函数时表现良好，但在处理复杂函数时可能存在精度问题。
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31 32 31 29 27 25 24 22 20 18 17 16
（1）
1x 0 4 x2 dx,
将区间8等分；
（2）
9
xdx,
将区间4等分；
1
（3） 6 4sin2 xdx, 将区间6等分； 0
实验作业5
1. 考虑迭代公式 x k 1(x k)0 .9 9x kx k 2,
取初始点 x0 0.5 。分别考察一般迭代法与Steffensen加速 迭代法的收敛情况，以及各自的迭代次数。
的值, 输出函数值.
(4)对(3)中的函数，画出其在区域 2x3 , 上1的等y 值7 线，等值 线的值分别为0,1,2,3,4,5,10,15,20,30,40,50, 共12条，并在等 值线上标出等值线的值。
实验作业2
对以下问题,编写相应的M文件:
1.研究高次插值的龙格现象。考虑函数
在 [ 1 , 1上] 取 式。
Sa 2 0
1ac2sin2d,
式中，a 是椭圆的半长轴，c是地球中心与轨道中心（椭圆 中心）的距离。令h为近地点距离，H为远地点距离， R=6371（km)为地球半径，则
a (2RHh)/ 2 c (Hh)/ 2
我国第一颗人造地球卫星近地点距离h=439(km),远地点距离 H=3484(km),试求卫星轨道长度。
试用最小二乘法确定这一天的气温变化规律，考虑用下列 类型的函数，计算误差平方和，并作图比较效果。
（1）二次函数 （2）三次函数 （3）四次函数 （4）函数 x(t)aeb(tc)2, 式中 a , b , c 为常数（拟合参数）。
实验作业4
对以下问题,编写相应的M文件:
1. 分别用复化梯形公式与复化Simpson公式计算下列积分， 2. 并与精确积分值相比较，探讨两类积分公式的精度。
2. （机翼加工问题）
已知机翼轮廓上的数据如下表所示：
x / m 0 3 5 7 9 11 12 13 14 15
0 1.2 1.7 2.0 2.1 2.0 1.8 1.2 1.0 1.6
y/m
加工时需要x每改变0.1m时的y值，画出相应的轮廓曲线。
实验作业3
对以下问题,编写相应的M文件: 1. 数据的最小二乘拟合 假定某天的气温变化记录如下表所示
2. 考虑一般迭代公式 x k 1 x k ( 1 x k ) ,k 1 ,2 L .
取 [0.2,4] 中不同的值，x0 (0,1) 进行迭代，画出不同
情况下的 x k 的图形，并分析 取值与 x k 图形的关系。
2. 定积分的应用（选用适当的求积函数计算定积分）。 地球卫星飞行轨道是一个椭圆，椭圆周长的计算公式是
பைடு நூலகம்
f(x)1215x2,x[1,1]
个n 等1距节点
xk1n 2 构k造,k拉0 格,1朗,2.日..,n 插值多项
Ln ( x )
（1）分别画出 n 2 ,4 ,6 ,8 ,1 0 ,1 的2 ,1 拉6 ,格2 0 朗日插值函数和函数
y 的f (图x) 形。 （2）画出 n 2 ,4 ,6 ,8 ,1 0 ,1 2 ,1 6 ,2 0情况下的分段线性插值函数图形。
数值分析 实验
实验作业1
对以下问题,编写相应的M文件:
(1)编写一个求任意 m矩n阵的最大值及其所处的位置的通用程序, 并计算任意随机 产生的 矩阵4 的5最大值及其所处位置。
20
(2)编程求 n 的! 值。 n 1
(3)有一函数 f(x ,y ) x 4 2 x 2 y x 2 2 x y , 写2 一y 2 程 序9 x , 输4 入y 自4 变量 2