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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:
" F0 m6 r/ Z9 i; C0 ^. N$ o
, l" w) F# S/ Y: R1.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。- n; [: Y6 L) C- z1 F2 T
: a) m5 b+ m5 o
a=[1,-1,2,-1;2,-2,3,-3;1,1,1,0;1,-1,4,3]; % 系数矩阵 a5 f1 @  e- W+ ~/ |) y/ {1 Q( b  b+ Z
b=[-8,-20,-2,4]'; % 常数向量 b. C% k4 u, g9 m8 [$ i5 K6 F3 Q8 b
L=[1,2,3,4]; % 排列矩阵 L. {6 p3 [8 y2 {
n=length(b);
' [4 I, u3 K0 t' ]- Q' A3 T, D' D9 A$ l* `
. r8 u! @3 n8 C  l8 X# O) S! z
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。. w, }! {  ?" X$ F# P- S1 s
1 w4 ^* ^1 W9 p
for k=1:n-1
8 d$ L4 e8 t" Z- Y% j* C" n9 O/ _) w    [p,q]=find(abs(a)==max(max(abs(a(k:n,k:n)))));. h( {& M6 G1 Y1 W7 G
' d* U/ n& F5 r
    if(p~=k | q~=k)2 \1 B. `! q. q. N, d
      t=a(k,;: x8 B2 ~) L6 `& w$ G( m
      a(k,=a(p,;" n0 q7 q) \$ ?
      a(p,=t;% k7 L& [" g+ \8 K  A! W) K# z( o
      r=a(:,k);" o. y' J& H. B0 J' S1 g8 @
      a(:,k)=a(:,q);$ O+ u2 C8 b; u. ^7 Y% b$ R% L
      a(:,q)=r;' |8 a* ~2 I) h. ]0 g
      t=L(k);4 G9 k: M( d- G3 h7 ^. A
      L(k)=L(q);
5 z; D- u# \4 f; f4 |      L(q)=t;) y6 H& R# X, r7 V8 O' r
      u=b(k);
+ g) h4 C# a7 p- N9 J5 d& m      b(k)=b(p);
; F! s7 R0 k) h% f* F9 N* T# }      b(p)=u;- O/ O8 F' c) G0 z. |' }/ M
    end
- r' G: C3 N/ W5 f$ ]1 B; T' g    m(k+1:n,k)=a(k+1:n,k)./a(k,k);
! D- _0 h) Y+ R0 {. C( j    a(k+1:n,k:n)=a(k+1:n,k:n)-m(k+1:n,k)*a(k,k:n);+ H* E# r  l8 s) D6 A
    b(k+1:n)=b(k+1:n)-m(k+1:n,k)*b(k);
9 V6 h0 q# }: m6 s1 ~) X- y/ Nend
+ O; \, h- }1 f# F( ~8 G& @- v. }, |1 i. V9 t! l, C

9 M$ f3 W2 J+ J5 F3.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。! y8 u* P  Q4 z7 I1 p9 E) e3 D
' @) \' L% \# p3 Z5 Z- a+ B
y(n)=b(n)/a(n,n);6 B% n- ?6 N. X; i1 @- s8 g3 E$ \
for i=n-1:-1:1
* V3 s! M4 G) u, `5 _4 U    sum=0;
9 c6 f1 V& B7 M& }    for j=i+1:n
$ t2 `1 `& b' P        sum=sum+a(i,j)*y(j);5 |' F% [0 z" f# j, F6 C4 p
    end
# g1 V1 l* K( w1 u# I    y(i)=(b(i)-sum)/a(i,i);. q. ]: q5 D& E- U1 z; t2 p& f6 `
end! f4 c" M$ l; V1 t. e
# g5 q( Z' e. O) `/ i* ~- Z

1 b2 i' S% a- t* l4.输出结果: 将解存储在 x 中,并输出结果。$ o. K' `6 ?$ E: a1 f/ s* C

/ w( o" B+ \# A- Z8 F2 }3 nx(L(n))=y(n);
$ \' A) G+ w3 `: _. @x(L(1:n-1))=y(1:n-1);, H, T8 O$ T# X: p
jie=x') v2 `6 q7 z9 O8 `, \! ]+ o

7 n9 d6 H9 Z! f( j8 S) n; B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。1 J) w4 d# G6 R! H$ a* |* ^

* y3 b" e3 h3 D& x1 K
* D& _2 X$ V+ c: t5 ~3 O
zan
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