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高斯列主元消元法解线性方程组

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发表于 2023-12-31 16:34 |只看该作者 |倒序浏览
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这段代码实现了高斯列主元消元法(Gaussian elimination with partial pivoting)来解线性方程组。这个方法是为了避免在计算过程中主元为零,从而导致除零错误或数值不稳定的问题。
, U( x( t# {" g2 z以下是对代码的解释:
  W8 _) u6 S# n% N1 P
. h% N9 e$ f; m+ l+ _, {1.矩阵初始化:8 X3 o6 W7 j; T  W7 @
' k( @8 L6 g+ ^# a6 Y1 a7 w' n! g
   a = [0.012, 0.01, 0.167; 1, 0.8334, 5.91; 3200, 1200, 4.2];  {9 {  g5 F5 E  }
   b = [0.6781, 12.1, 981]';
$ g: t4 t% M* [  ]6 \. m   n = length(b);
* k0 k  e" I% \9 a$ M) ^" b+ n# S- n) c% M- X+ E; V/ B$ x# `
给定系数矩阵 a 和右侧向量 b,并初始化方程组的大小 n。* K* I; @& E/ O, w  k& r
& T8 i, N8 V2 S  y2 A, R
2.高斯列主元消元:4 j  [( v4 G8 Q' s7 i* F
8 v4 `2 i* a! _# ^
   for k = 1:n-1
( y8 N( Z. S4 w& c  R       p = find(abs(a(k:n, k)) == max(abs(a(k:n, k))));   
( z) k; l5 J' ]/ e; d2 x9 u  Z( t# c       p = p + k - 1;
$ ~6 O4 l# O- n$ u5 d1 o       if(p ~= k)3 r7 i, C/ r* H: w7 d- Y
           t = a(k, ;
2 |7 J- H7 [8 y3 y           a(k, = a(p, ;6 j- v2 E/ b+ k3 }% S6 Y
           a(p, = t;) p, [1 U) I# ?7 [' a) L( B6 L, F' v5 q
           u = b(k);8 I- R# v+ E8 Q0 i! i0 r" R
           b(k) = b(p);1 m- J9 v' z( n
           b(p) = u;
1 a7 J  l. z. X& O) W       end
" S. C& k) v, c. T       m(k+1:n, k) = a(k+1:n, k) ./ a(k, k);8 s/ j% ]1 S" Y4 B: v6 [; H7 v7 W. v
       a(k+1:n, k:n) = a(k+1:n, k:n) - m(k+1:n, k) * a(k, k:n);* c$ n" M! y. ?- Q& s1 P
       b(k+1:n) = b(k+1:n) - m(k+1:n, k) * b(k);  6 h# ~/ n5 W2 V$ b4 L
   end
; G0 m2 ^2 k; F( [) g9 l! ]- H; }3 F! v6 C9 f+ j, u
这个部分实现了高斯列主元消元法的过程。在每一步中,选取列主元(绝对值最大的元素所在行),并交换行,然后进行消元。
  a- \6 X6 R0 V" K* }
% N6 \5 R  _6 J- c5 G# b3.回代过程:" A+ p  ]; r3 v6 r% R

) g) T6 c- i+ r% J' r3 g' O   x(n) = b(n) / a(n, n);. o/ F! i" }# {
   for i = n-1:-1:1
7 f/ v0 t# l3 O2 g       sum = 0;7 U$ r: p$ e2 m
       for j = i+1:n/ L- Y7 r/ @0 @# R( ^
           sum = sum + a(i, j) * x(j);
# q9 }* P9 S$ \4 U' y       end
# ?) q: q" y- k& k8 g       x(i) = (b(i) - sum) / a(i, i);# a4 m/ s; ?% o  u
   end, ?7 ^- F4 X# r9 k: z1 M

' s0 J* K$ Z6 P/ `: R这个部分实现了回代过程,得到方程组的解向量 x。
8 J+ X1 ^6 \9 q  J1 l
- o- g( l  R- K8 k9 \4.打印结果:0 k$ a) z7 j$ g  @6 x! x0 _! Z
5 o8 e$ u* |4 ?. P5 ~2 F
   jie = x';4 v  |7 t4 Q! l
  H# ]5 N, K0 P* X# p. I# V
最后,打印求解得到的解向量。$ D0 k7 M9 B- L, ]1 r/ _! Y
这个算法通过选取列主元,可以有效地避免在消元过程中主元为零引起的数值问题。4 a2 O+ i' V1 t" a

. [5 [+ z1 M; \+ Q. K7 |" F+ w7 W. J
zan
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