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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:) P9 S3 m/ t+ h' j
" G. _$ ^$ H# ]& U& [
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。; S: s; J6 C# c2 t  j

9 Y5 s* J7 ?( a4 ^3 {a=[1,-1,2,-1;2,-2,3,-3;1,1,1,0;1,-1,4,3]; % 系数矩阵 a
5 S+ Z) a( c8 ^b=[-8,-20,-2,4]'; % 常数向量 b
8 D2 L) L# B8 ^6 f! }9 ^3 K) BL=[1,2,3,4]; % 排列矩阵 L
' P) T5 S, \! Q; _9 mn=length(b);
: L& g; e+ V! M$ v9 m+ C
6 e% Z% z: z+ d' F5 K2 i4 ~
. Z% N, ~2 R3 I( F) Y2.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 e$ C1 _+ A7 f: o3 P. G0 E  T! T
for k=1:n-1- I7 |. s$ }; Q6 J9 J4 ^$ ]0 e+ N% X
    [p,q]=find(abs(a)==max(max(abs(a(k:n,k:n)))));( ]0 k) H7 A8 [+ b

  N8 M6 w+ K9 k- \2 V; c5 i7 r& p1 Q    if(p~=k | q~=k)
; w7 u0 y  v8 c4 U      t=a(k,;. ?8 S/ z: b% j# g9 r
      a(k,=a(p,;  X0 c7 W( p! f1 H; ?9 ~
      a(p,=t;
9 k, o4 [* \# ]. J      r=a(:,k);5 e* S1 q0 R! ^- |$ p' \
      a(:,k)=a(:,q);
' y* Z3 [4 H3 L1 Z      a(:,q)=r;- m9 V& P/ M+ d4 g( D; T6 A2 W
      t=L(k);) I  x0 O3 ~9 e# d
      L(k)=L(q);5 W* a3 U5 ~6 h3 c3 T- b9 d7 p: p/ q
      L(q)=t;
& e9 t7 T4 k& m' ?+ a      u=b(k);
' B' S- |. m" K      b(k)=b(p);
' B8 W! @1 F! _. `# l# _2 T      b(p)=u;
2 P4 N  a0 s* l2 F! B- f    end
0 q* }7 {. j* U" m% M6 ~    m(k+1:n,k)=a(k+1:n,k)./a(k,k);: K% j( t5 U/ v4 Z$ b3 M  R9 P
    a(k+1:n,k:n)=a(k+1:n,k:n)-m(k+1:n,k)*a(k,k:n);% k+ t  @9 K$ b6 f/ A% v
    b(k+1:n)=b(k+1:n)-m(k+1:n,k)*b(k);
, [  A* }8 b' \3 @1 |end
8 \( [% Y/ j. J# U  o7 J
) l2 c! l  Q# W1 v/ p  K5 ^5 x- n
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。" l) d6 v5 B6 \3 f; o

7 Y2 |( W- V5 o  L, ~; ^' qy(n)=b(n)/a(n,n);  s' f1 A0 l8 P7 c2 ^2 C
for i=n-1:-1:1
  O) t8 i0 ?' U( M# B    sum=0;& X6 R" |1 r  K" f- ~3 ]
    for j=i+1:n& W9 G  I6 k: I: z$ s
        sum=sum+a(i,j)*y(j);0 _2 y0 v1 t* E
    end5 M* c0 B1 |: T" @
    y(i)=(b(i)-sum)/a(i,i);* U; K7 {  d+ R( d, }) _
end" d1 T, M( {0 z  m+ h* q) `

* m0 [! e8 b5 H2 K! N. }2 d0 M) C+ K5 H, Z: ]- V
4.输出结果: 将解存储在 x 中,并输出结果。
# G' e$ B& X: d$ E7 n1 h* q! K9 t4 [; V; w7 Z
x(L(n))=y(n);& j0 {0 @- H: t+ V+ L; @  G
x(L(1:n-1))=y(1:n-1);
: N: D5 ~) q. u4 a$ [+ j/ i4 O3 Cjie=x'* f- @1 N1 B, b

" e* f0 h0 l5 ?/ y) A2 u6 S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。6 W! p* O5 Q! w: B" X# R7 F

4 Z' ^6 ^7 A/ U5 H3 X$ ]) C7 O+ u+ l0 C" @8 p: x4 b
zan
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