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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:
2 I, I: p. s3 a0 p7 e" Y' Z( c6 T2 q3 {
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。% P5 J# C4 |/ S: z

0 l- _! ]5 `% `a=[1,-1,2,-1;2,-2,3,-3;1,1,1,0;1,-1,4,3]; % 系数矩阵 a2 ]! L% |2 Z8 ^" R' u* t& l6 J1 ]
b=[-8,-20,-2,4]'; % 常数向量 b, F/ M+ P5 c6 E6 q, c# F
L=[1,2,3,4]; % 排列矩阵 L( m4 |* M7 |: [0 T. g
n=length(b);# u6 n; T" E2 W8 A7 E( I
0 ^) @( i! R: W9 _+ n

1 x, m1 C5 a( g9 {' q5 w' I& 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。
) E; x% W- M& F5 V: z3 T
# f* {% q3 j9 ~for k=1:n-1
, g/ ?) j  L- q# S5 v    [p,q]=find(abs(a)==max(max(abs(a(k:n,k:n)))));5 h# B8 p- S" t! g8 C! r
* b2 ]7 A8 t7 m
    if(p~=k | q~=k)
) k( _. Z+ r  N+ K9 ^. A! P      t=a(k,;  g% A: p. S8 A: {5 i' y
      a(k,=a(p,;
3 U. z) l8 p4 [- D7 P! b% y0 E  O      a(p,=t;7 p3 q% v" V9 U# `8 a7 ~& \+ X
      r=a(:,k);
) |7 L) c1 g- K2 [$ B) S- v      a(:,k)=a(:,q);
# ~3 d& H  B+ N3 X4 v      a(:,q)=r;
, {* y# N4 W: ^# L- U% ~/ i) F      t=L(k);5 A# y: u; U$ A. v$ z
      L(k)=L(q);' v( h+ ~0 _7 P* D9 x
      L(q)=t;/ v; l6 l. X+ V' V
      u=b(k);4 i- y3 \. e: ?
      b(k)=b(p);! m$ {( Z' R' E- T2 k1 J. H
      b(p)=u;
- g3 |! |' K# K. v+ x    end
5 g+ x2 ?. ]% k    m(k+1:n,k)=a(k+1:n,k)./a(k,k);# y$ ]) ?1 O( q! h9 w. h2 \2 Q
    a(k+1:n,k:n)=a(k+1:n,k:n)-m(k+1:n,k)*a(k,k:n);
, S/ b7 @- K! I    b(k+1:n)=b(k+1:n)-m(k+1:n,k)*b(k);
% _: n* ]" W: d/ bend
9 a8 i+ h$ U* v' h" V. \
* [4 V1 F( e# g6 p; ]( Y& L' X% M- i& ?4 T! a
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。" u: ]5 d. _+ [  G, o6 v
6 u% k  R; c5 B+ q, K. V+ W
y(n)=b(n)/a(n,n);
6 O  i+ ?: j( B! w: vfor i=n-1:-1:1
! Y$ N0 i, l: v8 s( Y( @" f    sum=0;! `9 t; `& V9 m. d, |
    for j=i+1:n
# ^7 r, {/ @# A5 P. g        sum=sum+a(i,j)*y(j);) g% a8 U1 i) [1 u3 |" T
    end& b3 f! \+ {8 I; i+ k  `4 |
    y(i)=(b(i)-sum)/a(i,i);/ l; ^/ b% x, B7 R. ~* }" e# v. ?
end
6 q# g/ d1 Y! w$ \# w6 ^; H6 t7 k' b* H9 h. T4 k
# q! C% W# S+ ^/ X( j5 F0 k
4.输出结果: 将解存储在 x 中,并输出结果。
$ L5 k, i9 {4 [( _* W' h+ J# Q, t  H# X& k$ j) @
x(L(n))=y(n);
* L, K( o9 ?6 m. ~6 r4 n; w. D/ qx(L(1:n-1))=y(1:n-1);! M$ u  ?# |. r6 J. A
jie=x'
: g. v! B: p6 I3 R4 I
: q" c( e/ R3 u2 e  ^0 j( 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。0 s; C5 _6 c9 o0 b# @! g

1 j% S4 G  R$ m0 Y5 ]" Y- J" V+ o% O' C; E5 M; O* X
zan
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