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高斯列主元消元法解线性方程组

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发表于 2023-12-31 16:34 |只看该作者 |倒序浏览
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这段代码实现了高斯列主元消元法(Gaussian elimination with partial pivoting)来解线性方程组。这个方法是为了避免在计算过程中主元为零,从而导致除零错误或数值不稳定的问题。
6 S! q4 _. [( F  J- O以下是对代码的解释:3 l% X: E" Y. T) B; i$ @

1 B- C( N5 D" S( h" `- X" C1.矩阵初始化:
! I2 u" [9 P/ ^
$ D) w! {3 ?3 n: n3 }0 [! y   a = [0.012, 0.01, 0.167; 1, 0.8334, 5.91; 3200, 1200, 4.2];# y' p  b8 u- @3 p2 p; P# b
   b = [0.6781, 12.1, 981]';
( z/ E% j6 V! F% A   n = length(b);
+ ^+ `- s$ T) A" e3 R/ x1 j7 l( D4 ]1 J: Z# g1 G
给定系数矩阵 a 和右侧向量 b,并初始化方程组的大小 n。# Z6 u7 k* O4 M8 [: J0 N

$ h. H$ @6 E5 z9 X7 a0 J' C2.高斯列主元消元:, L# b! f5 w7 M3 L& N

3 D6 l( l; V  u# |   for k = 1:n-17 V1 f: j$ Q/ p3 |2 P# m
       p = find(abs(a(k:n, k)) == max(abs(a(k:n, k))));   1 Z+ ^% J- d) U, i8 |$ W& L
       p = p + k - 1;/ k3 _& z9 G0 N1 a
       if(p ~= k)
/ ?8 o! h' `+ m) j& `           t = a(k, ;6 z# l  F3 e" R4 q3 E
           a(k, = a(p, ;. u6 V1 b! u6 y* i( z3 y/ Z
           a(p, = t;
; w* z9 M2 m  ]           u = b(k);
# q. u3 P% T4 o$ ~% }           b(k) = b(p);: [; q1 n* b' {9 e& Q) g
           b(p) = u;8 X3 [% o/ K& m) J. m+ y. }( v, F
       end
  e( A; `8 i& U0 s9 r7 `* O       m(k+1:n, k) = a(k+1:n, k) ./ a(k, k);
+ O8 \, q# n  n4 t       a(k+1:n, k:n) = a(k+1:n, k:n) - m(k+1:n, k) * a(k, k:n);2 L" i+ a. f  G! Z$ K. z- `
       b(k+1:n) = b(k+1:n) - m(k+1:n, k) * b(k);  0 y6 p6 f6 ?1 p* V
   end1 ^! v. ^4 A; r/ Q5 O6 G# N  ~) j
6 _& K# w, A7 l1 e4 |: R3 ^( E) Z* k: A
这个部分实现了高斯列主元消元法的过程。在每一步中,选取列主元(绝对值最大的元素所在行),并交换行,然后进行消元。; X# a& l  e: \# N
4 _6 Y0 p* X, J
3.回代过程:) j% V. G$ S1 z/ _6 h$ {9 t

' \; h1 x/ e6 _# w. \3 s   x(n) = b(n) / a(n, n);; k8 H/ M) m- W, L7 m2 S  o# i5 N
   for i = n-1:-1:1
# D  }  J: S- g       sum = 0;
8 @) g9 x/ T$ r7 l3 G       for j = i+1:n# P* R' v/ n  \; |# I, l
           sum = sum + a(i, j) * x(j);& _1 Y3 _7 V/ N# g$ H! [
       end
% y" V- b$ w& U* j/ E       x(i) = (b(i) - sum) / a(i, i);
$ E+ i. O6 ^3 C" a% c4 e( N   end
' N' p4 G- b& D' Z+ Y# ^  G. Y0 ]% E
这个部分实现了回代过程,得到方程组的解向量 x。3 z, u# ~8 {& V% E+ G

1 r5 F3 b2 B2 a( D4.打印结果:. n/ H8 W5 P. t  y+ w
6 @- t8 p: K  Q+ N' \' c9 M8 [
   jie = x';
  _9 }. N2 C, N. E& G! P, J) Z. c0 L$ |& M4 k& b% d5 m; U5 O
最后,打印求解得到的解向量。8 k+ n; Q' M$ L% P
这个算法通过选取列主元,可以有效地避免在消元过程中主元为零引起的数值问题。
2 s/ ~1 k; m4 C7 u8 k+ }/ x: J4 O7 K' d  v4 s; Y; F* |  x  ?

4 w* J6 Q  ~& y
zan
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