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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:& B3 m" N! d! [( s" J, {" ?8 J
! c! K4 o" I9 t8 M( I( 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。  }! b9 Y( T2 v

9 Z6 ^6 U# L5 j: ]  c" Wa=[1,-1,2,-1;2,-2,3,-3;1,1,1,0;1,-1,4,3]; % 系数矩阵 a
8 Y* B: q6 v) \& \b=[-8,-20,-2,4]'; % 常数向量 b! P- d. f- h8 `6 F3 k
L=[1,2,3,4]; % 排列矩阵 L, ?& L) r( o) `# l" A9 ~
n=length(b);1 V- w0 ]- c6 N

/ F8 u  P; a/ ?
0 y& }# a, ]. U8 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。
& X6 n; c6 D, K# `! k3 S' ]9 }( X4 N
for k=1:n-1
. u$ r* F' z; o4 _    [p,q]=find(abs(a)==max(max(abs(a(k:n,k:n)))));/ I0 H+ Y6 P) u
- L, W! D+ y4 x3 _( q# D4 Z
    if(p~=k | q~=k)+ g. U/ `- v* _1 y/ q, h* m
      t=a(k,;
. u( {( ^: c* h  m/ ~# ]      a(k,=a(p,;2 U3 }) V8 `. Q! ^0 T
      a(p,=t;
; l8 \, J5 Y' n4 N" }5 p( Q5 u& l      r=a(:,k);
1 R8 p9 V- D2 K# O0 A3 ~( x      a(:,k)=a(:,q);, o8 ?: r" N0 ^4 b- I, f
      a(:,q)=r;3 U7 w6 H4 C; G  L' g+ A
      t=L(k);6 E$ f1 l1 ~4 q* ~4 U  T
      L(k)=L(q);
7 Q+ _) E/ h7 ^) t      L(q)=t;: @6 Q2 U8 m) I( t
      u=b(k);* A& ]3 ~  y. B
      b(k)=b(p);; a  w1 }* r0 B  n' ^
      b(p)=u;" g0 J3 ?0 F' l2 D3 R  D
    end0 }0 B4 `0 i$ [3 c4 ?7 P
    m(k+1:n,k)=a(k+1:n,k)./a(k,k);$ E; d' m6 I$ Q& s8 j( R* d
    a(k+1:n,k:n)=a(k+1:n,k:n)-m(k+1:n,k)*a(k,k:n);
; I. o  O, S5 n5 E# K) w% S) j4 q9 W    b(k+1:n)=b(k+1:n)-m(k+1:n,k)*b(k);  M# S, Q( d9 @- Q2 O. y
end7 c1 n) W. ~7 b1 l

' ?- X6 {6 `# Z. V* r4 k7 n* \+ _0 R# n* X$ W5 ^8 k' P
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。/ x# v: L  ?7 H9 M

8 r# Q. q* m( i/ H% Iy(n)=b(n)/a(n,n);* C( \' h  V# ?9 f4 f" M; i7 F
for i=n-1:-1:1
$ _/ k# o6 e; w8 O5 C" Y" b5 b    sum=0;  N: v! c0 _+ ]4 l& t5 m0 X4 C
    for j=i+1:n, \- w  ^9 k: G/ F! M; z+ h  g
        sum=sum+a(i,j)*y(j);! d: }* [" B6 \& c( d  J; g5 {
    end2 M- J3 m8 s! l8 p
    y(i)=(b(i)-sum)/a(i,i);
1 ?# ]* U+ u1 }8 x3 I  T: |. jend5 f& p7 N# F0 ~! d4 V% k2 I' Y
" E$ ~8 D- f: c
5 F) D8 f9 g- u2 u6 z! x
4.输出结果: 将解存储在 x 中,并输出结果。
7 P- J; H7 i( }: \* m/ f3 I& H2 U
1 n  L! s$ L: r, W8 K4 }) Zx(L(n))=y(n);7 n( s. i+ F; o' e, Z8 L, T
x(L(1:n-1))=y(1:n-1);, s0 D6 O# l6 G; e2 a2 D
jie=x'; k- `1 Z. e; o3 X& C' ^

8 Y. c0 \2 d  U* L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。! }+ G; A5 C& q; a% l6 D+ C6 U6 v
" N6 x: A8 ^4 T
2 g! v& `; m3 O8 m" o* U
zan
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