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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:
- O& T( Q; y) B- w7 Q; }2 X& O$ f& B) e) y/ v0 Z
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。
" x( K5 ^$ H! q  m5 I' @$ k. J+ a: X) w; `: K
a=[1,-1,2,-1;2,-2,3,-3;1,1,1,0;1,-1,4,3]; % 系数矩阵 a1 w% f+ G8 x+ e# |6 I
b=[-8,-20,-2,4]'; % 常数向量 b
8 ?; a) m# ~# y8 |+ a/ `0 ]& m4 ?' U3 iL=[1,2,3,4]; % 排列矩阵 L
4 D9 x7 d$ I2 |( T9 R: On=length(b);
0 F: U$ `/ n( d/ \( y2 A+ y% Y+ I# S6 g* j/ P5 _

3 j9 A; t- [6 Q. ^; _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。& k' y8 i# N; v7 p- e+ r
/ H" ]3 ]' n/ }1 _$ Q7 D5 @
for k=1:n-1& ~! a  h% K) h7 m/ b
    [p,q]=find(abs(a)==max(max(abs(a(k:n,k:n)))));
$ b+ e, `4 c4 Q, N) H0 E6 l+ u) J2 {
    if(p~=k | q~=k)) ]; d9 A0 H! X$ Q; C
      t=a(k,;
$ D/ v- s9 P8 }8 d* V3 x      a(k,=a(p,;
$ F5 S' e: S' z! ]9 S4 O# R      a(p,=t;
8 c) `- X. l* {5 F2 K3 w$ ^      r=a(:,k);
9 U  K; Q  R. D  c      a(:,k)=a(:,q);
8 ?- F; s; G0 N      a(:,q)=r;
5 k' v. G7 T. S" Y, ~      t=L(k);" m# @- h0 s$ p
      L(k)=L(q);
1 V) G$ i! ^4 S      L(q)=t;% a( U+ x5 h! I  n/ W/ B9 x1 E
      u=b(k);
9 k$ D1 U5 [' C6 L4 H' c      b(k)=b(p);- E2 D- j0 Q( X% g# I' V# t+ I
      b(p)=u;9 w5 I# S# p% ?* H0 Q! |
    end
, F& {) Q5 ~5 a: H. Q    m(k+1:n,k)=a(k+1:n,k)./a(k,k);+ a, f/ B" X' `* R
    a(k+1:n,k:n)=a(k+1:n,k:n)-m(k+1:n,k)*a(k,k:n);! T; o4 Q- m3 |
    b(k+1:n)=b(k+1:n)-m(k+1:n,k)*b(k);) R! r3 z; }  n
end
- B+ F' A/ c7 F+ P0 |
) M/ |9 L+ d8 `* m7 d5 g( B5 q- R6 v1 R, h2 e
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。3 K# {6 v1 F$ e+ s

3 [- D- \1 t0 E/ Z# I0 w. ny(n)=b(n)/a(n,n);  l5 N. i! x" o: S
for i=n-1:-1:1) c9 ?# l- F2 d' \
    sum=0;* ]# M7 ~7 r8 d
    for j=i+1:n3 v3 E9 V4 H2 B% D2 y/ N
        sum=sum+a(i,j)*y(j);
# C6 k* k  s  m! ~+ L6 M    end+ y9 [1 s, g0 J; c* E7 P! e8 k9 }
    y(i)=(b(i)-sum)/a(i,i);. ^; Y& ?- p  T
end# j7 c. A/ W4 Z0 s* `7 S& d1 `: _

& x! f- G' \' _4 V& t3 q4 |% t& W9 n0 P& c- U' t
4.输出结果: 将解存储在 x 中,并输出结果。
  q* o" c, O* e. f- L& t
, z* C  Q. \- Sx(L(n))=y(n);
; W$ Y" ~) U; X: G# Nx(L(1:n-1))=y(1:n-1);( r1 N6 g0 T$ j" C3 ^2 ^
jie=x'
3 k2 s2 g$ M4 D9 K* D- U% O
# h! n3 t4 k2 r+ `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。2 n: Z2 b& O3 i' S* a

2 }+ r+ N; p7 k( P$ n' H+ M) x8 z+ h' v- D, r+ N
zan
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