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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:! l& f. A. f, E, B# ]9 p3 @

7 f7 t" i% r4 s7 L8 H+ G1.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。
2 `4 b% R* W6 l  J# a5 X$ l# A3 d
1 r' O  R. K. P/ d9 D. aa=[1,-1,2,-1;2,-2,3,-3;1,1,1,0;1,-1,4,3]; % 系数矩阵 a/ L5 E8 ]- k5 b  b
b=[-8,-20,-2,4]'; % 常数向量 b* R! y  |; j- D) C9 v: N1 Y
L=[1,2,3,4]; % 排列矩阵 L
% T4 U8 @0 w" }( \8 A/ qn=length(b);
3 ^* d! R4 P! p# \2 s' h: e! n0 B9 w- w" C$ m! I/ H

+ o2 ^0 `0 \0 @$ m, H2.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。
2 l1 G/ d2 n5 T5 ?8 O$ d- k- \1 S2 _0 m. a' |$ |$ \3 i
for k=1:n-10 w. W. p9 f& f/ n; q$ Q
    [p,q]=find(abs(a)==max(max(abs(a(k:n,k:n)))));$ K( Q9 _! E2 D
6 q1 R% [" N8 X; H: F. H. l; Z4 ^! w1 ^) v
    if(p~=k | q~=k)1 p+ `, S4 b4 y6 I" e! ?
      t=a(k,;8 e) u  y/ `; X( z% d( m
      a(k,=a(p,;
, ?: z+ W- E  s5 t1 ?9 m7 Q) L+ t      a(p,=t;& d& `4 x6 ?* z5 b
      r=a(:,k);
: o" N! u/ A3 W' Q7 `' E      a(:,k)=a(:,q);
: @0 V2 y* p0 x  U      a(:,q)=r;
- ^: R9 U0 I+ U3 D/ u$ r' E' e      t=L(k);$ P2 {; J  w8 D* `0 e/ N; ?
      L(k)=L(q);1 z: r, Y8 E# O1 {, n
      L(q)=t;
- D; n+ N  A3 a+ s      u=b(k);' e' K8 d9 `; _: Y( O
      b(k)=b(p);
) W+ N5 n0 F2 ^$ V3 d      b(p)=u;9 p5 v7 ]# v1 k; s
    end
4 w$ ]! U9 u3 _, \; D. ~    m(k+1:n,k)=a(k+1:n,k)./a(k,k);) K4 |; F+ z" C* D
    a(k+1:n,k:n)=a(k+1:n,k:n)-m(k+1:n,k)*a(k,k:n);0 L3 v( l% ]  {. b' C
    b(k+1:n)=b(k+1:n)-m(k+1:n,k)*b(k);
8 [  b* o6 A& L0 k. Nend. V. z) u7 F. X7 W
0 b3 o5 K- e* t7 @2 B5 s5 J1 `( X+ P

* T% _, ^. Z- J- y* ?2 V3.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。
0 _  e- U. {4 l' R' C4 h7 O) R
3 V, L& P8 y- `) r9 |9 h( A& Ty(n)=b(n)/a(n,n);
5 A; M, W! q5 W/ y9 G3 Ofor i=n-1:-1:1
6 B! R* G# x$ e    sum=0;
+ k  c9 ~1 G; Y    for j=i+1:n
: L, I9 n( |: n        sum=sum+a(i,j)*y(j);
, O( f2 ~, O  I) }7 D' O    end* Y9 J4 N& b$ r3 m; U1 s$ P
    y(i)=(b(i)-sum)/a(i,i);1 z3 Z# E8 r9 S4 ]
end
) K& w) i, |7 b% u8 X6 i, P- X: f' \# d4 p2 x

# a1 v& K+ @1 e3 V2 n4.输出结果: 将解存储在 x 中,并输出结果。
* |1 ?+ G0 L" {; q: A( D% q* e- ^' w6 z- V
x(L(n))=y(n);
% e' u0 Q0 r0 [, ~7 i, k, f! j# ux(L(1:n-1))=y(1:n-1);
6 V/ _0 G7 i+ N7 m" P9 f. hjie=x', K$ Z- m2 _  X  T: g  k* J
3 u, \3 t1 J( N0 [! {7 J9 y* F
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。
# T3 r7 d6 J1 z" d6 D/ z1 [; P7 C' A3 k  b" P$ J( l7 m$ I

5 B% Q) x1 o2 u( T% z: k
zan
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