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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 |正序浏览
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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:# L5 G, Z/ X$ {9 {) w/ i8 B+ Y$ A

- z8 Q1 ^$ N6 t2 y1.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。1 O6 r) ]2 Q( k
/ [; N6 S" j! x, ?7 v1 Z
a=[1,-1,2,-1;2,-2,3,-3;1,1,1,0;1,-1,4,3]; % 系数矩阵 a! f% R, _' P1 u0 v, Q" C  y3 ?$ l
b=[-8,-20,-2,4]'; % 常数向量 b& {6 s$ }2 S; N( f( P; r
L=[1,2,3,4]; % 排列矩阵 L
* N# Z8 ?9 s/ H8 \n=length(b);5 L9 M$ x8 p/ {3 |
. e0 B/ D, W8 o0 \- Z
* E0 d. A9 [# v3 _7 w7 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。
# {4 S  R) g2 A7 M: m0 p7 C+ K2 Z: N) w
for k=1:n-1
8 U! o0 ^+ C- Z    [p,q]=find(abs(a)==max(max(abs(a(k:n,k:n)))));
$ y$ f7 T4 @8 F6 e! @6 ]7 A3 V- w; G9 s2 h! T" K) \4 y& I" D
    if(p~=k | q~=k)2 @  y, o7 {2 H% e
      t=a(k,;
/ A/ f- u. V4 N      a(k,=a(p,;
9 y5 U* y2 O9 i% h      a(p,=t;+ L+ r( S* {3 @$ I
      r=a(:,k);/ l1 q  i3 Q4 w4 a" G* U$ c! L/ t
      a(:,k)=a(:,q);- {! }5 g! Q5 C; {9 ^! D0 r1 @6 v
      a(:,q)=r;0 g- T& O& O* v7 C' G# i
      t=L(k);3 O/ \$ V5 E- Y$ D5 q4 S
      L(k)=L(q);7 z! D7 R+ m: l# d
      L(q)=t;4 h6 k8 j- ^' V3 M7 a
      u=b(k);0 f5 h, }: z2 z
      b(k)=b(p);
$ ^* }7 p! H7 u; m      b(p)=u;
5 b2 ?3 Z( F, |7 y5 `. M2 T$ |    end! M! X1 m7 I( a! n( H
    m(k+1:n,k)=a(k+1:n,k)./a(k,k);/ x* m% l3 g9 V* L
    a(k+1:n,k:n)=a(k+1:n,k:n)-m(k+1:n,k)*a(k,k:n);1 S5 }3 r. [5 D! G0 F5 J
    b(k+1:n)=b(k+1:n)-m(k+1:n,k)*b(k);$ ?$ U/ E+ T% o: e. q  b
end
! S3 x3 s, m) C8 C& E/ i( `& V' h- m2 a: Y7 i# Y

* k- F. j. r! C, R3.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。
, f7 r* A3 M( v9 [  F: A% j% w& h# ?# P9 C6 s
y(n)=b(n)/a(n,n);
1 |# b. R# w! ^! g, C0 ifor i=n-1:-1:1% w( ^0 _5 s+ [$ ^  k) j
    sum=0;4 |5 U4 @' |# s5 |) e2 y4 D/ K
    for j=i+1:n# j& y1 X1 ^9 t+ S6 U$ \
        sum=sum+a(i,j)*y(j);  i$ B$ |1 G" ^( b; ?9 a4 s! g
    end
( f: a4 C6 v: e- q3 R    y(i)=(b(i)-sum)/a(i,i);) C( t  R" c& P$ S7 l1 k
end
4 N. q; J" l6 p3 s
1 P4 ]5 J# t( P! x% ~5 ^4 o  d: u& m; o2 Y3 K) [- E
4.输出结果: 将解存储在 x 中,并输出结果。. P7 q6 O+ c* w) C$ w
: B  s' a+ Y6 e7 U" q6 e. `& y* B% K
x(L(n))=y(n);
" J  i8 y0 S  W) Yx(L(1:n-1))=y(1:n-1);
' o: ]; U/ l' D; k& yjie=x') y1 a& h4 `5 }" Z

2 a! s, `2 G+ Z' _; i0 w# ^+ Y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。
) K2 \2 U6 k* \4 H: Q8 j0 h  t% F3 W4 X4 R3 Z. L1 K! S  F1 |

" ^  y3 x. r2 y5 }& x/ |6 s/ B/ F
zan
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