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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。
  i+ J* }  O$ P7 ?以下是对代码的解释:
. ^$ v. k0 _$ b! e2 ^+ p
0 A' R# C  g. u9 U3 O1.矩阵初始化:! v; h' w* L8 d( e. Q0 z! B
" r. C0 t& A( Y0 }: w3 s
   a = [0.012, 0.01, 0.167; 1, 0.8334, 5.91; 3200, 1200, 4.2];: z$ Q; v8 ^( C
   b = [0.6781, 12.1, 981]';' F' ?4 K3 H5 o, m, b! }4 x
   n = length(b);7 \/ b) D) J0 N; Z

+ `8 f5 b0 u5 `, a2 o$ s9 O给定系数矩阵 a 和右侧向量 b,并初始化方程组的大小 n。
& L& o9 Q- x$ V% p0 C( ?( k" _
( M# ]3 o) m) C2.高斯列主元消元:
- `  e$ B. ?2 d7 ?& s3 ]$ k
0 \# z) v( K9 y, u   for k = 1:n-1/ j6 c* K: q- D# k6 ~- b
       p = find(abs(a(k:n, k)) == max(abs(a(k:n, k))));   
, F, d" U5 r; |) A. v, `: y- V) D+ n$ y* t       p = p + k - 1;
1 ?7 t# }& V. v) k9 b% l4 F1 p       if(p ~= k)
( H2 c: n9 X: b9 r           t = a(k, ;, L. o. ?3 o% _# T# m- V
           a(k, = a(p, ;8 B9 }0 h* ^" H; F" D- F5 e5 q8 a
           a(p, = t;& j9 ]0 A) o4 Y* P
           u = b(k);# ^+ `, F7 h4 Q# W& R
           b(k) = b(p);
. }- o' L1 e" I! Y: W0 k7 w           b(p) = u;0 C7 |$ M: a, o3 V3 m5 H8 a
       end
7 W8 p2 z& {* \" Y       m(k+1:n, k) = a(k+1:n, k) ./ a(k, k);/ z% D1 V3 N% f9 B! U6 ~- w" x# H9 i
       a(k+1:n, k:n) = a(k+1:n, k:n) - m(k+1:n, k) * a(k, k:n);
' i, j+ t' W! \8 s       b(k+1:n) = b(k+1:n) - m(k+1:n, k) * b(k);  
3 d- V2 |  i" g; x) i9 f* r   end$ v& P/ A& D4 R) G. c

7 L7 U' z' F" B" E: [" _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。
) w1 e: i; f5 e) r! }: e  x9 s9 b! @, Z# `; V
3.回代过程:. t( T# A% {& @. C
! }) r/ v+ O8 g, ^$ d3 r9 ~% h6 e) L
   x(n) = b(n) / a(n, n);8 `9 J6 i" \3 E  ]
   for i = n-1:-1:1
: D% e1 k9 L( e  N9 [. Z       sum = 0;
; T% _$ S4 _2 O% G+ Q' b       for j = i+1:n
, k6 ~7 y/ b- ?1 p1 P" m) b           sum = sum + a(i, j) * x(j);$ |1 y0 h3 w* n+ y
       end" a& ]. H3 m" J
       x(i) = (b(i) - sum) / a(i, i);5 ~- M8 ^  y( C5 _6 S. w- \* _, p
   end  _7 a: a, R- l* s! n) @# t
2 ]% O$ v+ ~1 {: u. M3 A
这个部分实现了回代过程,得到方程组的解向量 x。
0 k: F' J, t4 `+ p
3 t3 t2 ?% r9 Q3 n$ G7 W4.打印结果:5 x. v& q  k; Y1 A. j$ Q
3 b* |0 O1 f, P3 [% v' P' ^) I
   jie = x';
; _$ Q: f1 q6 C# q- p+ f) |3 u% [. u0 b9 |; P% ^- W+ \
最后,打印求解得到的解向量。8 ^7 }( b3 u& @
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。
+ x" a4 L4 D1 ?3 c1 l
$ k. N. _+ R# y- \. h4 ^# T' n" c1 S: P" ~& h5 w5 X
zan
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