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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。
# J) A* G7 h" q以下是对代码的解释:
4 W) F; ]9 U, w7 k+ c# h
& i& ]1 J: o; h% x* \; x1.矩阵初始化:
% {; p2 [2 |% O, c) R& ~
6 y, e/ N8 A( q" e; n4 B6 j) @1 X# N   a = [0.012, 0.01, 0.167; 1, 0.8334, 5.91; 3200, 1200, 4.2];3 ^1 T3 r7 m. Z* R% |8 ?8 G2 l- W2 D
   b = [0.6781, 12.1, 981]';
1 q6 L' c$ `9 j6 J1 }/ j  k: |$ \   n = length(b);
) t  y. Q6 m3 }/ w9 N" C5 z' B, }' A. b- c/ y, L; n4 w
给定系数矩阵 a 和右侧向量 b,并初始化方程组的大小 n。
# @2 M4 ~; ?5 y7 s7 V3 s+ C* o! \6 v+ h' Z$ S0 l0 U( m
2.高斯列主元消元:
- Z) j/ |& i8 B* G0 _) E6 n! Z8 Y4 p6 Q
   for k = 1:n-1
: }: J6 {) \# f  h8 T! W       p = find(abs(a(k:n, k)) == max(abs(a(k:n, k))));   
* K' H; s; _2 y. ?; m! G! _, w, a       p = p + k - 1;
+ T$ u( V, p( }! ~       if(p ~= k)3 y5 l% h2 W" ?* a+ G5 q& W
           t = a(k, ;
0 ?+ Y; g$ l6 S; `           a(k, = a(p, ;
0 @4 x* X1 n4 j) {0 h" g+ q( ]           a(p, = t;
2 U0 k7 d, ]: f' e           u = b(k);
2 ^+ I/ n: o; A& Z) Z           b(k) = b(p);
9 r# X6 }) y$ l8 Y& P6 f           b(p) = u;
; J8 z: L7 G1 X- H9 {       end
2 [6 z: ~3 o! e# f       m(k+1:n, k) = a(k+1:n, k) ./ a(k, k);5 {( M( |% r+ A9 ]3 u: x
       a(k+1:n, k:n) = a(k+1:n, k:n) - m(k+1:n, k) * a(k, k:n);# D  T) P6 w% b* b; ?- a
       b(k+1:n) = b(k+1:n) - m(k+1:n, k) * b(k);  ; _4 f: R; b8 `. b, m' X0 R0 H
   end
' t+ t/ g4 i  n
! Z% R: p, n, `% k3 G7 O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。; f' e4 i4 d3 A: M6 ]" e4 u

* H% L5 Y# G% H' S2 }3.回代过程:
, L7 @% Z9 r% E& ^- P5 ^& H7 C' y+ f$ q. t* h
   x(n) = b(n) / a(n, n);. Q4 I% Y8 n. n
   for i = n-1:-1:1
- g( v  ?. Z" O# `+ O, q& R       sum = 0;7 Z% }" W3 ~( b- Y" t: z+ z
       for j = i+1:n. v+ ]* `2 U: x1 Q, Q& p& T
           sum = sum + a(i, j) * x(j);  ~& Y" S( c* D& J1 @9 |
       end
. ^9 g- t# R9 h8 a+ n! Z% ?1 ^( u       x(i) = (b(i) - sum) / a(i, i);$ f; J5 Z. b3 V
   end
* e; `% [% b2 L" T5 T  U# s5 H4 N/ {' ^8 t
这个部分实现了回代过程,得到方程组的解向量 x。3 O5 H% p4 \% G: h2 E' W( a9 T

% `% [" g7 M$ p5 |4.打印结果:
5 S( ~* |( F- a4 ?8 W) W. B/ g9 C6 {/ ~0 v
   jie = x';/ K0 x4 P) T8 z  w1 u& o- ?

3 A0 G- w3 d) X% t  u5 z- C# D最后,打印求解得到的解向量。$ o. @3 R# o, G. m* `
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。
) e2 y1 Y4 ^# C  \# s3 \4 |  K$ l, g3 L1 h* N
) p' H, Y; n# N  d( Q
zan
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