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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  N0 J4 T+ |8 o1 |- V6 V3 H) \! I% |* U+ {1 T
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。5 c% |$ p- |0 z2 F1 b

+ T5 h, m, ~# c0 ca=[1,-1,2,-1;2,-2,3,-3;1,1,1,0;1,-1,4,3]; % 系数矩阵 a1 V' ?9 E# E4 f9 S7 @2 ^) d$ {$ l
b=[-8,-20,-2,4]'; % 常数向量 b
- \( V2 T. z4 L4 \, z* J5 m" F0 SL=[1,2,3,4]; % 排列矩阵 L
6 S" c* g% d' T6 Z( C* on=length(b);
4 D" T! K* p% l$ E
+ ^5 c6 S3 x8 l$ |+ q$ f1 A$ g5 F6 ^
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。9 N: o  ?% a6 @# Z5 s% a
8 G, N( l+ o0 h0 }$ V7 T! x2 z
for k=1:n-1
/ I7 \: g6 L( Q  B/ d( V# e0 S; c    [p,q]=find(abs(a)==max(max(abs(a(k:n,k:n)))));
2 h% S/ I0 C% a2 n6 e" n9 b  ~' B
    if(p~=k | q~=k)
: \9 ]& @9 D; U- L% ~      t=a(k,;* x$ B1 p% ^; l3 L" ~4 O/ M: ~
      a(k,=a(p,;
, ~, W& v, W8 L! v' n( P5 q/ }      a(p,=t;$ g- W; L- Y' T% A; A5 s
      r=a(:,k);
: I0 p7 x+ Z- C      a(:,k)=a(:,q);+ a# M; J, \6 V3 c
      a(:,q)=r;9 q$ a) c4 h4 _! C, K
      t=L(k);
; {! Q. s7 v$ g% L- I" ]! Q      L(k)=L(q);/ ^& N: p! L  ?, I9 G
      L(q)=t;
- Z* d) `/ D  D7 R6 _      u=b(k);; Y! D& `' r  B1 f& x
      b(k)=b(p);
4 e7 V1 M! e! ^) ~4 I6 P3 f+ O      b(p)=u;
" v) T( @) I  ?# m$ B) w4 W3 U/ T# e    end
4 @0 E  a- y5 C% }7 C9 [    m(k+1:n,k)=a(k+1:n,k)./a(k,k);
9 L# |0 `; `7 C) @. f% y! K# I    a(k+1:n,k:n)=a(k+1:n,k:n)-m(k+1:n,k)*a(k,k:n);* e- q' Z$ q5 S3 C  b
    b(k+1:n)=b(k+1:n)-m(k+1:n,k)*b(k);
9 }( m0 b  W' [9 L  ~+ send1 p* W) F3 f: x4 E
& B% \& a  _5 i6 D; @

( @0 @; p: ]5 K8 S& }2 m: R7 K3.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 `. x; j  V  P# R3 b
3 v$ }! v  T/ ^% o8 Xy(n)=b(n)/a(n,n);  ~% E3 y8 L% @# u2 I
for i=n-1:-1:12 O4 N5 f1 v* @% c% `( I
    sum=0;
! y" T7 l" o4 a0 }: ^. L    for j=i+1:n
1 G. N( g; o& }9 p, [  t        sum=sum+a(i,j)*y(j);/ ~" e7 Y- u3 M; j' m
    end. ?. g" M: Q* z. @, t; S, }9 f8 _  K
    y(i)=(b(i)-sum)/a(i,i);, H: H2 B" I+ w7 y! _
end
* R/ I' h- q9 b9 S' P4 f5 O1 [# b( }; \9 |2 K; ^
; q' r7 g& O  I( l( P4 L
4.输出结果: 将解存储在 x 中,并输出结果。
* x5 f- G0 v% k' Z! [- H: u3 O* ^% ~/ [& V9 k& f, L9 ?
x(L(n))=y(n);# d: X9 F6 X  f- e5 G, k
x(L(1:n-1))=y(1:n-1);
( {! G  A1 l1 U! ljie=x'
; i  \6 m, b& G0 b9 U) B  ~9 w4 u" D/ N) Q9 ^# H; t% C
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。! F. Z" Q6 E& ~* q7 w! o

9 a! l$ K, d# e# d9 w7 j0 K6 `- c% g
zan
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