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高斯消元法解线性方程组

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发表于 2023-12-31 17:28 |只看该作者 |倒序浏览
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这段代码是用于解线性方程组的高斯消元法(Gaussian elimination)。以下是代码的主要步骤:
* F: x+ [4 }& e( G# y+ K" _/ V2 D7 K1 c7 H% z/ X
1.初始化: 定义系数矩阵 a 和常数向量 b,以及一个排列矩阵 L,用于记录行的交换顺序。
  y/ {# t5 U1 m, E$ L2 m. v4 G! W* j) g, C
a=[1,-1,2,-1;2,-2,3,-3;1,1,1,0;1,-1,4,3]; % 系数矩阵 a
, g+ O" @" y2 w+ A8 c' \9 Db=[-8,-20,-2,4]'; % 常数向量 b
4 |6 t/ t- h( W# N# vL=[1,2,3,4]; % 排列矩阵 L
9 @( `: ~9 f" P, c$ N9 K9 a# Hn=length(b);
& [) B$ a/ F8 c0 E4 E# W4 X! H: |0 h9 H
4 N! y3 K( M, L- N; L, t
2.高斯消元: 通过一系列行变换将系数矩阵转化为上三角矩阵,并相应地更新常数向量。这里使用了列主元素法,即每次选取绝对值最大的元素所在的行与当前行进行交换。' T; o# Q( [" V0 s  o) _
. j/ I+ G, o3 b
for k=1:n-1: s- r! i- t5 e% t
    [p,q]=find(abs(a)==max(max(abs(a(k:n,k:n)))));
* w8 L5 o' U( m0 f: u4 N3 ^' |+ ^# v% K8 C' m. K
    if(p~=k | q~=k)
: v& u) y2 m9 [& ^% Z      t=a(k,;& n- o# i0 Z6 V; G9 C% b0 p
      a(k,=a(p,;8 h( Q- A+ K! w4 o, h
      a(p,=t;" P" R6 p9 Q' q9 l2 {, n
      r=a(:,k);7 {3 s: B, ^8 f7 e: e% a( ?- f4 Y0 q
      a(:,k)=a(:,q);
+ g. C) }, F* \# l4 o6 H2 C3 n& N      a(:,q)=r;
. P6 W" G0 t, d) J: f. V      t=L(k);1 f6 A# b. u, a0 z
      L(k)=L(q);
8 P* Z) Z: h$ E. R. a' ]      L(q)=t;
& x( ^1 r6 S' D; x  g      u=b(k);" S  v" h2 k7 `( Y/ W# `  Y% v
      b(k)=b(p);2 ~9 _/ m+ k2 o) _4 g& `0 ]. X
      b(p)=u;. B  i8 I  n- P$ G! A
    end
& a; `* _. M1 p% S4 L! A6 O    m(k+1:n,k)=a(k+1:n,k)./a(k,k);8 {+ y3 ~% T4 b% \: b& U
    a(k+1:n,k:n)=a(k+1:n,k:n)-m(k+1:n,k)*a(k,k:n);- h( I3 Z2 Q2 ^4 G3 l! h4 U
    b(k+1:n)=b(k+1:n)-m(k+1:n,k)*b(k);% Z0 q4 I+ C' q1 u) E% T
end7 g, n# }3 r/ D  e
& g  m9 r, S" U$ n+ q4 X& c
7 g5 u5 \9 W+ F# i! k0 s- N$ U; x
3.回代: 通过回代过程求解方程组。从最后一行开始,逐步计算未知数的值。
5 q( i( Z, _$ z6 O& n* Y
; M. @0 K4 V/ i! Dy(n)=b(n)/a(n,n);
7 A* P* L4 G+ ^: H0 [for i=n-1:-1:13 P; L& R* N0 ~+ K5 v% D3 ]. o) G* I
    sum=0;! k  J- p( U3 H
    for j=i+1:n+ c. s) P3 W2 W, f
        sum=sum+a(i,j)*y(j);+ D* j) }- G0 v  M1 U# b2 J
    end) K, Y% x! x5 Q, h
    y(i)=(b(i)-sum)/a(i,i);+ h0 [- R* m+ _) R  {
end
) f, i! N% Z% A0 q/ x( ~+ b1 ^; d3 r. j/ c6 u$ p" q

" P( a$ F* j0 e4 `$ o% [" X; w4.输出结果: 将解存储在 x 中,并输出结果。3 w  Z5 e" G# t9 t- y

1 x$ z+ u$ T1 t% X' ^9 jx(L(n))=y(n);8 W# \9 S7 ^2 r& q+ T
x(L(1:n-1))=y(1:n-1);" f" C; J! T3 _3 x9 {0 j. i
jie=x'
" d) W# _$ \/ H. k6 j3 u" Z. ]5 [0 V5 a
最后,解向量 jie 包含了线性方程组的解。请注意,这段代码在求解之前进行了列主元素的行交换,以提高数值稳定性。4 g, B2 M5 J" G5 p" o$ M; d
  d5 q0 B1 z  q1 g+ A
- q7 F5 [8 N. |4 i/ Z, y
zan
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