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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。$ `  U8 q) J5 }$ y' d
以下是对代码的解释:3 m2 }. ~5 ]7 l! E
; A$ J4 k) e& Z# D+ N. [: q8 j1 ]
1.矩阵初始化:
( P' H8 K. W8 H, n# I7 G4 ]8 P( c" I6 m1 F6 v) A! L
   a = [0.012, 0.01, 0.167; 1, 0.8334, 5.91; 3200, 1200, 4.2];
% n: m/ T, m9 o; X" Z: L   b = [0.6781, 12.1, 981]';/ Q, y6 n6 Y3 M4 Y. C
   n = length(b);
- r8 e1 o, p. B* c' u1 ]8 ?
+ p9 ~5 y+ H" F给定系数矩阵 a 和右侧向量 b,并初始化方程组的大小 n。
5 P( c# }! i" e/ q& O; m6 `* n- }9 b1 H; k: y! a
2.高斯列主元消元:
9 b; J2 S- B! ~6 K, X* r3 p* I4 C6 r
   for k = 1:n-16 M& ?5 s4 I: X
       p = find(abs(a(k:n, k)) == max(abs(a(k:n, k))));   
/ B9 b; c0 a2 r& W: G3 v9 N       p = p + k - 1;
, ~5 z( Z) w% ]: ]! f  C3 w       if(p ~= k)
7 S  x8 t8 Q3 ]5 I5 h( w! W           t = a(k, ;
, E8 v. Y  u/ ^, O& i           a(k, = a(p, ;1 J; l: h: H0 F9 `! l8 r
           a(p, = t;" ?  _7 ^3 r( j, W- o
           u = b(k);$ e  |2 y- O7 R
           b(k) = b(p);3 E6 p. O3 m- k
           b(p) = u;
% h# Q5 K3 ?# s       end
0 `* W8 t6 @* ~. e  q       m(k+1:n, k) = a(k+1:n, k) ./ a(k, k);8 J1 _2 i; f" x7 h: s3 [% z& M3 k
       a(k+1:n, k:n) = a(k+1:n, k:n) - m(k+1:n, k) * a(k, k:n);' G( D& h4 r* A
       b(k+1:n) = b(k+1:n) - m(k+1:n, k) * b(k);  " z. y% X. Q: o9 m
   end
0 _% y, |1 H! p* x7 k# M9 S! @7 p+ D* ?; ]7 f1 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。
2 x4 g! i5 ^0 K$ G' v% q
$ [4 D& [  H" y7 Z4 e) _! s3.回代过程:( T/ ]4 a) L: U3 G

$ a/ {( W0 ~1 f" K7 P9 [   x(n) = b(n) / a(n, n);
1 _1 u, B& t% g" R2 U8 E   for i = n-1:-1:1
* w- t  H% U3 }3 x       sum = 0;
) U! u* r: N- ?+ [* J4 \8 m       for j = i+1:n
. \0 v/ X. _/ c( T# y% }           sum = sum + a(i, j) * x(j);
0 W1 p3 D6 K" g* b       end
+ g4 P# J) _5 M9 B5 k0 q       x(i) = (b(i) - sum) / a(i, i);
( _: g. h. K- \# [( u1 R   end$ O( m; A$ D/ I0 H- P! G
$ N; x7 M' v* j
这个部分实现了回代过程,得到方程组的解向量 x。
1 E. o, c: ?) X, f& w; e% W
* A& r& i0 E5 a1 N+ Q& z! A5 D0 b4.打印结果:) N/ J$ d. n* {7 z  P- {; \- o
# [% f( X( a3 j$ J0 U4 v) L
   jie = x';
& S8 ?. Y) Y. ]% w% J% z5 G+ q8 i1 y' I, k/ Y
最后,打印求解得到的解向量。
' \. U- c8 W8 d4 O4 f: 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。, P1 M3 P! m% X7 Q( J7 E1 _# g! }
* ?9 |' r7 d7 b5 ^# A
2 X* ~" u% O  N+ f; V
zan
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