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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。
3 |% `/ o: q) l% ^以下是对代码的解释:
, s- ~" y# y% E: o7 K5 a
2 T* {& y" n  W. X' n1.矩阵初始化:% J  I  {. R7 J% B$ C' [% X
  F( A- y* s5 m% ~
   a = [0.012, 0.01, 0.167; 1, 0.8334, 5.91; 3200, 1200, 4.2];/ T: B& A1 n, W
   b = [0.6781, 12.1, 981]';
, p/ P! C0 _2 T3 T   n = length(b);
, v( y, }1 H8 @. L+ K. B8 z% u& @+ i; B- G9 q" v
给定系数矩阵 a 和右侧向量 b,并初始化方程组的大小 n。- P  H2 L5 i  O" w# j! P/ q' w" _7 r
) D% l& J( U# y; l* f. |3 x
2.高斯列主元消元:# O; ^# y  q. O: {: ^

( t7 U+ f1 w  K   for k = 1:n-1
7 ^1 u. `* p/ Z6 ^       p = find(abs(a(k:n, k)) == max(abs(a(k:n, k))));   
8 F/ ^. I5 P( j       p = p + k - 1;# e# }( s& t: t% z0 p9 A& R
       if(p ~= k)
) t, Q9 o3 w' \8 C" @           t = a(k, ;
4 H$ j6 F: \3 w8 b! u3 O           a(k, = a(p, ;
! s3 y1 w% Z) F3 F! k) B, y) |& \           a(p, = t;  |4 V1 x2 W+ u8 q
           u = b(k);
2 ~) v7 W. O5 c% @           b(k) = b(p);
  f$ q3 _) ]# }* @# _2 T" K1 o  o           b(p) = u;1 P6 Q) W, p! ]5 E# A
       end
2 ~# A; {1 D: S9 Z: a       m(k+1:n, k) = a(k+1:n, k) ./ a(k, k);$ X: X. d- {) i( \& O
       a(k+1:n, k:n) = a(k+1:n, k:n) - m(k+1:n, k) * a(k, k:n);+ I" \2 ~+ a- v
       b(k+1:n) = b(k+1:n) - m(k+1:n, k) * b(k);  / C; M& D; G# {# ~
   end
. v) H  j& s" p+ n0 o% S( `3 e
* y; H' T  n4 m" Z8 D% m  K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。4 y+ ]0 r$ O( @$ e. K9 n% x
2 i6 D, X" _* M
3.回代过程:; W, Y9 |' E9 `4 l% D! J; r* m
$ y- z7 M, U% g9 h. M3 h; J
   x(n) = b(n) / a(n, n);9 X) g$ x: H( Q$ h! ]
   for i = n-1:-1:1
7 e% }, k& V) _7 ?. \0 H       sum = 0;
- `+ I3 m, n" I- E- z       for j = i+1:n+ p! B/ a! ?' \3 A3 V2 H& Y! m
           sum = sum + a(i, j) * x(j);
; G$ t  @* A5 c       end# f1 L% G* x" x( G: n3 V" L- }
       x(i) = (b(i) - sum) / a(i, i);
" w, E1 A7 p1 h   end
/ k! s8 ^( g$ c3 N& ~7 F& G* h3 P8 O& B; _: P, O
这个部分实现了回代过程,得到方程组的解向量 x。- U3 U* u; s9 M& [, Y$ Q9 z, i
9 _/ B' ]( e+ T
4.打印结果:
  M' H- k4 L' m9 }/ y2 Q. H9 G
/ T! k; O1 J' s0 R- O   jie = x';
. o4 ^+ ^# @, j( B+ I4 m8 P8 ~% h8 D( k7 ~
最后,打印求解得到的解向量。5 }* |- p) |- _% S
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。6 h- m; u* `6 e3 o  X% m( l

% E" w1 o" R7 o4 h0 g  N. F: g5 f7 ]& K
zan
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