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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:
( A/ n7 g! t9 J% m2 A$ ^, y
; j( w% e  t$ E' B5 X1.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。9 _8 f' N! ]0 c% X4 a( z+ K

9 I% p  x6 B% qa=[1,-1,2,-1;2,-2,3,-3;1,1,1,0;1,-1,4,3]; % 系数矩阵 a
  U9 s2 W& \% H! O) T' r& R# tb=[-8,-20,-2,4]'; % 常数向量 b
. D0 q5 |# Z6 E- r" E' t! Z- m+ }L=[1,2,3,4]; % 排列矩阵 L
# |& @3 w" n$ o+ g/ G* F  M' Jn=length(b);
7 Q* K+ T0 w! @# ~: q/ w
& z9 _4 N- |& Z+ @7 K' z& q+ F" N# W* C6 F. ]* f
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。
+ M3 k: S8 {. I0 _9 a  o3 c, ~, t* `4 J; R; x6 M8 G
for k=1:n-1; `/ U  B' p- d3 {, p% B
    [p,q]=find(abs(a)==max(max(abs(a(k:n,k:n)))));3 P# G, Q! [. c' B5 v
9 ~+ |" N7 r( u4 k. N
    if(p~=k | q~=k)$ |$ h5 }$ K+ v3 h9 k0 d
      t=a(k,;
. k6 t5 K# ^- f+ z      a(k,=a(p,;3 b7 j. @9 A% d7 p/ a! o
      a(p,=t;8 K! o: y8 M) E) y( Q& I$ e
      r=a(:,k);5 o4 ?' Q1 ?) q& M4 T8 u
      a(:,k)=a(:,q);
; a8 O$ W0 v. T; F      a(:,q)=r;( ]7 H2 m0 D4 J5 F' O
      t=L(k);
& M  k( z8 M7 r9 C$ \1 T      L(k)=L(q);& E; ~' X1 s2 G) G4 L& C+ u
      L(q)=t;
4 a8 F' {- H* l+ {( G: A# R2 o      u=b(k);, O4 @9 ~/ a- r: g: Z  ^
      b(k)=b(p);$ B7 w8 ~: W0 q( q, E6 a% ?
      b(p)=u;$ L. B% l) f5 c# S0 ~3 g
    end" m  R- X6 g6 V# Y
    m(k+1:n,k)=a(k+1:n,k)./a(k,k);+ P- |+ c. R: F
    a(k+1:n,k:n)=a(k+1:n,k:n)-m(k+1:n,k)*a(k,k:n);
/ I& y; N- k$ o+ H    b(k+1:n)=b(k+1:n)-m(k+1:n,k)*b(k);" ?8 P7 Q4 R6 u8 u3 o
end. [7 L7 |1 N8 e5 Y- x, q4 F

$ g9 P; E/ A9 o! j/ ^6 E9 @3 I5 \5 ?3 ~3 g' b
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。
2 j0 t  l$ n. C5 \( x+ p" d0 \$ W$ r6 @7 p( y% K
y(n)=b(n)/a(n,n);- ~5 l3 B$ K5 ~! E$ K6 ^  [, L
for i=n-1:-1:1
. u1 g( B( v1 o    sum=0;
4 @1 T# i2 D' _: q3 ~    for j=i+1:n! u$ K5 z! x1 ]3 K3 b
        sum=sum+a(i,j)*y(j);+ u) A- P  b! [: X
    end
: D9 j- C( H( e5 e    y(i)=(b(i)-sum)/a(i,i);6 J: U) `0 A! S( t+ E
end7 t$ k. j+ j, i

- \  B# a% A, }; a7 M4 G0 a$ ^/ X3 o0 k6 V) B5 z* z
4.输出结果: 将解存储在 x 中,并输出结果。
1 M7 E/ n/ ^$ j$ L$ h1 t
3 G7 b8 {) m& X3 Cx(L(n))=y(n);( k6 z0 E. p& n0 p- w9 M8 J
x(L(1:n-1))=y(1:n-1);
0 ^1 b1 Q8 F+ r) ?6 k6 U0 L  Bjie=x'
+ _/ _) ^2 Y) ]4 ~! J; P
& d7 x7 G- C$ z, M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。
) \# e: Y2 N9 r, X& d' L9 X" S. ~0 o5 L! G. A

. r/ b8 ~, {* g" g+ r
zan
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