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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。- a2 U3 p+ s, x
以下是对代码的解释:. Q9 ]8 ~) b! _) g
! \! H) J& I2 @. C5 u
1.矩阵初始化:
8 Q: H% h$ @' o( [" G
! `6 U/ c( d, V9 T0 y   a = [0.012, 0.01, 0.167; 1, 0.8334, 5.91; 3200, 1200, 4.2];
/ h6 O+ O8 Q3 l8 C3 O   b = [0.6781, 12.1, 981]';6 i. U5 b% I4 S4 K' M5 E
   n = length(b);3 z* Y' i2 i8 f4 }% r

7 J6 J1 p! c4 x  g# y# K给定系数矩阵 a 和右侧向量 b,并初始化方程组的大小 n。+ P" B7 t3 _0 h: i% [3 C+ v
9 R1 v, m1 G2 ?6 J
2.高斯列主元消元:+ Q* z  r' U0 o8 `

9 B% @5 s* w: `7 |: k& N  Y' \# f1 E   for k = 1:n-1
) D' v- s2 W, n       p = find(abs(a(k:n, k)) == max(abs(a(k:n, k))));   
! B0 J9 x, P, j& j0 t  Z1 B2 ?       p = p + k - 1;  C4 w; w8 m. l" a& U) F* x
       if(p ~= k)
4 V' N% N6 ~+ U$ N/ e1 z9 @1 F           t = a(k, ;; S: D1 G) h5 o- v$ y1 ]: |
           a(k, = a(p, ;6 Y: l; B" e5 n
           a(p, = t;5 G+ x" |" r) g) y, `6 W
           u = b(k);: F: ^5 e  X  N) V
           b(k) = b(p);0 v) @; W5 N; l+ _6 h
           b(p) = u;
# M7 @" `" W3 g       end+ C+ e1 U; z9 z  N
       m(k+1:n, k) = a(k+1:n, k) ./ a(k, k);! z" d( a0 L7 M1 j0 K; R' f' o
       a(k+1:n, k:n) = a(k+1:n, k:n) - m(k+1:n, k) * a(k, k:n);
! E1 d' p6 [  T) U! m$ S. p6 f% }       b(k+1:n) = b(k+1:n) - m(k+1:n, k) * b(k);  
& l8 t, y8 \0 _   end: l$ |1 K9 _/ a! q6 W4 X( U! c* ?
( ?  Q5 Z1 A4 i/ u* C5 d, C+ k
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。9 C$ t/ H3 x) [
& u8 o2 `0 ~6 N4 Y- l
3.回代过程:. w8 l7 f3 q2 k, Y  H1 E0 O

1 j3 a% e4 {# C# h  `   x(n) = b(n) / a(n, n);
9 v& Z8 X4 E' _* ~   for i = n-1:-1:1
7 [) |4 `6 ^1 x2 F& D       sum = 0;& X# T2 L9 ]  y& q2 j4 @+ y- s) \5 X
       for j = i+1:n
0 q: r  @* l- F) F9 _           sum = sum + a(i, j) * x(j);& e+ z% H% D% O: s# x
       end
4 \9 o. J6 X" t! A: r9 ]       x(i) = (b(i) - sum) / a(i, i);4 z2 v3 Q, W! _( t0 k4 @
   end
6 d" O- M- O+ t: b/ Z) |' u$ G. @& f9 [
这个部分实现了回代过程,得到方程组的解向量 x。6 D8 C& C1 O: @0 t$ M

1 w5 I' `# N3 T4.打印结果:7 [1 k# `& T1 U( S
3 i* h$ o) I& q0 n. P) b! K* w
   jie = x';
0 W* b% d& r. c7 T) X% b+ Q" _( T( y, m3 X
最后,打印求解得到的解向量。  H. l; {! N" Q; O- Q  J4 D
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 m. o4 @' S0 |1 V8 R/ d. B* s0 Z) B& L9 E- S* n1 q3 A1 D2 R
+ y- X: D( ^  o' @; E/ e4 R# f
zan
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