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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:
; k+ X8 F2 s4 z* ^/ T" X  W7 t& l$ Z1 b/ N" d
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。
/ k- L' X: v+ e, @. Z$ l- j4 `3 m2 k% G! q3 ]( z8 L
a=[1,-1,2,-1;2,-2,3,-3;1,1,1,0;1,-1,4,3]; % 系数矩阵 a3 R. `9 X  i# ?
b=[-8,-20,-2,4]'; % 常数向量 b
* q% B; f8 c0 P% \" X# D8 @7 Q( Z) L* N  sL=[1,2,3,4]; % 排列矩阵 L5 M9 U. D* {4 S/ k
n=length(b);
3 k) w% j( r7 M$ w  o$ i+ o) |. z9 b
3 w' ]. [1 B  }! m& b6 k1 ?/ R  P# B5 |3 b- R0 f
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。7 f# O4 p8 }0 q
" }4 {6 T) b# N, I( V
for k=1:n-1
% l$ W: `8 b- L1 g2 R    [p,q]=find(abs(a)==max(max(abs(a(k:n,k:n)))));
  ~* \0 H1 T+ U
/ B. ~1 H7 r1 @9 E) z0 v    if(p~=k | q~=k), L# E  E4 \* E& M! w
      t=a(k,;
, X/ W5 D+ ?# v" X      a(k,=a(p,;
# Q( `$ \' n8 i% |! z; `/ H# y      a(p,=t;' l2 Y4 ?9 ?+ A8 s; H/ a
      r=a(:,k);
$ _& h! _* Y7 o% @# e      a(:,k)=a(:,q);
$ r/ T3 C* ]% J% G; x      a(:,q)=r;
' \  q# P( V: E  \; u      t=L(k);0 c* q  z8 j% K0 w  c
      L(k)=L(q);
* y& m. X7 s0 L, D" }, }7 q' C      L(q)=t;
' l: M7 h/ o% t+ i' [% T      u=b(k);, D4 J/ O2 [8 S0 k; }0 S9 e
      b(k)=b(p);' F2 {3 O9 w2 N; Z) U2 H: [4 |
      b(p)=u;% b) w- C7 }2 j* y+ \: O. {
    end
9 Y) y; {( Q+ ?, k( H, n    m(k+1:n,k)=a(k+1:n,k)./a(k,k);
" a, e7 C; H( i" k/ j& V    a(k+1:n,k:n)=a(k+1:n,k:n)-m(k+1:n,k)*a(k,k:n);# E, G. s* M) w" U7 s# Q, Q" \( c2 k
    b(k+1:n)=b(k+1:n)-m(k+1:n,k)*b(k);) V" H: r0 H! F( `' Z" `. I
end
0 f0 C8 R! q0 j' H; E4 G( P# E- y2 L$ H4 Q( `

  X- O* n# m1 c8 n3 p$ q- `3.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。* p8 x6 S- ?3 E9 u: s# O

* y! w$ B/ L7 F# ]" c$ Ay(n)=b(n)/a(n,n);2 H+ h" `* K9 F
for i=n-1:-1:11 V: ?$ j- Q2 p: H
    sum=0;
# F6 A- q, m) w) |% K, k) V) o    for j=i+1:n8 @% Y7 |9 ]9 ?9 ]1 y
        sum=sum+a(i,j)*y(j);
( P9 K& A* h5 N9 a; O' x: j2 i9 q    end' C8 h# d; P2 @6 _/ @1 A& g
    y(i)=(b(i)-sum)/a(i,i);
  z* U0 o' p& P3 kend
% N% M1 x5 @: _
$ B3 f9 J! A* l# X
4 z' B5 Y  S; s9 s, F2 I: Z1 j4 r4.输出结果: 将解存储在 x 中,并输出结果。
$ X9 q' e! w$ E) @
, Q* }7 c% k; ox(L(n))=y(n);
7 D0 l! ^2 O  |  hx(L(1:n-1))=y(1:n-1);" A) ]2 L& H6 E6 P  w. K
jie=x'& T2 U  S7 z' Y- c; o2 M% C
! Z" Y$ G! |2 _/ V0 E) O
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。/ R% B/ ^- Y) y7 O+ I

# G, }5 s' N: }9 Y- O
1 e7 n( T4 x; d, v* i
zan
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