二分法和牛顿迭代法求解非线性方程的比较及应用
非线性方程数值解法比较
非线性方程数值解法比较化学化工中的许多问题常常可以归结为求解函数方程f(x)=0。
如果f(x)是医院线性方程或一元二次方程，可以用代数方法求解。
但是如果是高次方程，求解析解变得非常困难甚至没有解析解，就只能用数值方法求近似解了。
解非线性方程的数值解法主要有：二分法，迭代法，牛顿法，割线法等。
下面将结合具体的例子来比较几种非线性方程的数值解法。
某多相催化反应通过实验测定的反应级数可以用方程x3-x-1=0来表达，用数值方法求解其反应级数。
1 二分法设方程f(x)=0已知有根区间为(x1,x2)，取x1与x2的中点x0，即x0=0.5(x1+x2)，检查f(x0)与f(x1)是否同号，如果不同号，则根x0就在(x1,x0)区间，如果同号则根在(x0,x2)区间。
这样就将根的区间缩小了一半，然后重复以上过程，直至解区间很小，得到数值解。
这种方法最大的缺点就是收敛速度慢。
其计算框图如图1.图1 二分法计算程序框图设定A=0，H=0.1，E=0.0001时，执行结果：No. X1 1.35002 1.32503 1.31254 1.31875 1.32186 1.32347 1.32428 1.32469 1.324810 1.324711 1.32472 迭代法迭代法是一种重要的逐次逼近方法，使用某个固定公式反复校正根的近似值，使之逐步精确，组后得到满足要求的结果。
将方程f(x)=0化为x=g(x)，以x0为第一个近似根，则有x1=g(x0)，再x1以为第二个近似根，则有x2=g(x1)，依次类推x k+1=g(x k)，如果x0，x1，…，x k，…这个数列有极限，这个极限就是方程的根。
这种方法最关键的问题在于要找出符合收敛条件的g(x)。
下面用迭代法解方程x3-x-1=0。
将原方程写为x=g(x)=(x+1)1/3其计算框图如图2.图2 迭代法计算程序框图设定X0=1.5，E=0.0001时，执行结果：No. X1 1.357212 1.330863 1.325884 1.324945 1.324766 1.324737 1.32472第六次迭代与第七次迭代结果之差已经小于0.00001，可见迭代法的收敛速度比二分法要快，但是依然有一些收敛速度较慢的迭代格式，这时候可以采用迭代-加速公式来加速收敛，在此不再详细介绍。
数值分析求解非线性方程根的二分法简单迭代法和牛顿迭代法
实验报告一：实验题目一、 实验目的掌握求解非线性方程根的二分法、简单迭代法和牛顿迭代法，并通过数值实验比较两种方法的收敛速度。
二、 实验内容1、编写二分法、并使用这两个程序计算02)(=-+=x e x x f 在[0, 1]区间的解，要求误差小于 410- ，比较两种方法收敛速度。
2、在利率问题中，若贷款额为20万元，月还款额为2160元，还期为10年，则年利率为多少？请使用牛顿迭代法求解。
3、由中子迁移理论，燃料棒的临界长度为下面方程的根，用牛顿迭代法求这个方程的最小正根。
4、用牛顿法求方程的根，精确至8位有效数字。
比较牛顿迭代法算单根和重根的收敛速度，并用改进的牛顿迭代法计算重根。
第1题：02)(=-+=x e x x f 区间[0,1] 函数画图可得函数零点约为0.5。
画图函数：function Test1()% f(x) 示意图, f(x) = x + exp(x) - 2; f(x) = 0r = 0:0.01:1;y = r + exp(r) - 2plot(r, y);grid on 二分法程序：计算调用函数：[c,num]=bisect(0,1,1e-4)function [c,num]=bisect(a,b,delta)%Input –a,b 是取值区间范围% -delta 是允许误差%Output -c 牛顿迭代法最后计算所得零点值% -num 是迭代次数ya = a + exp(a) - 2;yb = b + exp(b) - 2;if ya * yb>0return;endfor k=1:100c=(a+b)/2;yc= c + exp(c) - 2;if abs(yc)<=deltaa=c;b=c;elseif yb*yc>0b=c;yb=yc;elsea=c;ya=yc;endif abs(b-a)<deltanum=k; %num为迭代次数break;endendc=(a+b)/2;err=abs(b-a);yc = c + exp(c) - 2;牛顿迭代法程序：计算调用函数：[c,num]=newton(@func1,0.5,1e-4) 调用函数：function [y] = func1(x)y = x + exp(x) - 2;end迭代算法：function[c,num]=newton(func,p0,delta)%Input -func是运算公式% -p0是零点值% -delta是允许误差%Output -c牛顿迭代法最后计算所得零点值% -num是迭代次数num=-1;for k=1:1000y0=func(p0);dy0=diff(func([p0 p0+1e-8]))/1e-8;p1=p0-y0/dy0;err=abs(p1-p0);p0=p1;if(err<delta)num=k;%num为迭代次数break;endendc=p0;第2题：由题意得到算式：计算调用函数：[c,num]=newton(@func2,0.02,1e-8)程序：先用画图法估计出大概零点位置在0.02附近。
解非线性方程的牛顿迭代法及其应用
解非线性方程的牛顿迭代法及其应用一、本文概述非线性方程是数学领域中的一个重要研究对象，其在实际应用中广泛存在，如物理学、工程学、经济学等领域。
求解非线性方程是一个具有挑战性的问题，因为这类方程往往没有简单的解析解，需要通过数值方法进行求解。
牛顿迭代法作为一种古老而有效的数值求解方法，对于求解非线性方程具有重要的应用价值。
本文旨在介绍牛顿迭代法的基本原理、实现步骤以及在实际问题中的应用。
我们将详细阐述牛顿迭代法的基本思想，包括其历史背景、数学原理以及收敛性分析。
我们将通过具体实例，展示牛顿迭代法的计算步骤和实际操作过程，以便读者能够更好地理解和掌握该方法。
我们将探讨牛顿迭代法在各个领域中的实际应用，包括其在物理学、工程学、经济学等领域中的典型应用案例，以及在实际应用中可能遇到的问题和解决方法。
通过本文的介绍，读者可以深入了解牛顿迭代法的基本原理和应用技巧，掌握其在求解非线性方程中的实际应用方法，为进一步的研究和应用提供有力支持。
二、牛顿迭代法的基本原理牛顿迭代法，又称为牛顿-拉夫森方法，是一种在实数或复数域上近似求解方程的方法。
其基本原理是利用泰勒级数的前几项来寻找方程的根。
如果函数f(x)在x0点的导数f'(x0)不为零，那么函数f(x)在x0点附近可以用一阶泰勒级数来近似表示，即：这就是牛顿迭代法的基本迭代公式。
给定一个初始值x0，我们可以通过不断迭代这个公式来逼近f(x)的根。
每次迭代，我们都用当前的近似值x0来更新x0，即：这个过程一直持续到满足某个停止条件，例如迭代次数达到预设的上限，或者连续两次迭代的结果之间的差小于某个预设的阈值。
牛顿迭代法的收敛速度通常比线性搜索方法快，因为它利用了函数的导数信息。
然而，这种方法也有其局限性。
它要求函数在其迭代点处可导，且导数不为零。
牛顿迭代法可能不收敛，如果初始点选择不当，或者函数有多个根，或者根是重根。
因此，在使用牛顿迭代法时，需要谨慎选择初始点，并对迭代过程进行适当的监控和调整。
非线性方程求解方法的研究与比较分析
非线性方程求解方法的研究与比较分析非线性方程是数学中一类重要的方程，它们的求解对很多实际问题具有重要的意义。
然而，非线性方程由于其非线性特性，使得其求解更加困难和复杂。
本文旨在研究和比较非线性方程的求解方法，通过对不同求解方法的分析和比较，来评估它们的优缺点和适用范围。
首先，我们介绍一些常用的非线性方程求解方法。
目前常用的求解方法主要包括迭代法、牛顿法、二分法等。
迭代法是一种比较简单的求解非线性方程的方法。
其基本思想是通过不断迭代逼近方程的解。
具体的迭代公式可以选择不同的形式，如固定点迭代法、牛顿迭代法等。
迭代法的优点是简单易懂，但是其收敛速度较慢，而且在某些情况下可能无法收敛到解。
牛顿法是一种较为常用的非线性方程求解方法。
它利用函数的一阶导数和二阶导数信息，通过不断的迭代逼近方程的解。
牛顿法的优点是收敛速度快，但是在某些情况下可能会出现迭代发散的情况。
二分法是一种比较简单但是有效的非线性方程求解方法。
其基本思想是通过不断地缩小解的搜索范围，直到找到满足方程的解。
二分法的优点是简单易懂，而且收敛性和精度较好，但是其收敛速度相对较慢。
在对以上几种方法进行比较分析之前，我们需要明确一些评价指标。
首先是收敛性，即方法是否能够收敛到解。
其次是收敛速度，即方法迭代到解所需的时间。
还有精度，即方法得到的解与真实解之间的误差。
最后是稳定性，即方法对初始值的选择是否敏感。
通过对以上几种方法的比较分析，我们可以得出以下结论：首先，迭代法是一种简单但是不稳定的求解方法。
其收敛性和精度较差，而且对初始值的选择较为敏感。
因此，在实际应用中，迭代法通常只适用于简单的非线性方程求解。
其次，牛顿法是一种较为常用的求解方法。
它具有收敛速度快、精度高的优点，但是在某些情况下可能会出现迭代发散的情况。
此外，牛顿法对函数的一阶导数和二阶导数的计算要求较高，所以在某些情况下可能不适用。
最后，二分法是一种简单而有效的求解方法。
它具有收敛性好、精度高的优点，但是其收敛速度相对较慢。
MAAB计算方法迭代法牛顿法二分法实验报告
MAAB计算方法迭代法牛顿法二分法实验报告实验目的：比较MAAB计算方法中迭代法、牛顿法和二分法的优缺点，探究它们在求解方程中的应用效果。
实验原理：1、迭代法：将方程转化为x=f(x)的形式，通过不断迭代逼近方程的根。
2、牛顿法：利用函数在特定点的切线逼近根的位置，通过不断迭代找到方程的根。
3、二分法：利用函数值在区间两端的异号性质，通过不断二分缩小区间，最终逼近方程的根。
实验步骤：1、选择一元方程进行求解，并根据方程选择不同的计算方法。
2、在迭代法中，根据给定的初始值和迭代公式，进行迭代计算，直到满足预设的迭代精度要求。
3、在牛顿法中，选择初始点，并根据切线方程进行迭代计算，直到满足预设的迭代精度要求。
4、在二分法中，选择区间，并根据函数值的异号性质进行二分，直到满足预设的迭代精度要求。
5、根据计算结果，比较三种方法的求解效果，包括迭代次数、计算时间、求解精度等指标。
实验结果与分析：通过对多个方程进行测试，得到了以下实验结果：1、迭代法的优点是简单易懂，适用范围广，但当迭代公式不收敛时会导致计算结果不准确。
2、牛顿法的优点是收敛速度较快，但需要计算函数的一阶导数和二阶导数，对于复杂函数较难求解。
3、二分法的优点是收敛性较好，不需要导数信息，但收敛速度较慢。
4、对于线性方程和非线性方程的求解，牛顿法和迭代法通常比二分法更快速收敛。
5、对于多重根的方程，二分法没有明显优势，而牛顿法和迭代法能更好地逼近根的位置。
6、在不同的方程和初值选择下，三种方法的迭代次数和求解精度略有差异。
7、在时间效率方面，二分法在收敛速度较慢的同时，迭代次数较少，牛顿法在收敛速度较快的同时，迭代次数较多，而迭代法对于不同方程有较好的平衡。
结论：1、对于不同类型的方程求解，可以根据具体情况选择合适的计算方法。
2、迭代法、牛顿法和二分法各有优缺点，没有绝对的最优方法，需要权衡各种因素选择最适合的方法。
3、在实际应用中，可以根据方程的特点和精度要求综合考虑不同方法的优劣势，以获得较好的求解效果。
求解非线性方程和方程组的一些新方法
求解非线性方程和方程组的一些新方法求解线性方程分为两种方法–二分法和迭代法常见的方法一共有5种二分法迭代法牛顿法割线法拟牛顿法Halley法使用条件二分法需要知道两个自变量，分别是一个根的两侧牛顿法迭代法是最常用的方法，收敛性信赖于初值，取不同的初值可以的方程不同的根，函数用的是一阶导数，输入的是一个猜想的可能的值割线法给定两个初值再带入计算,比如要在2附近求一个根，那就可以假设这个范围是（1.9，2）拟牛顿法这个比较方便，用时最好可以找到一个好的初始值Halley法需要知道函数值以及它的一阶求导、二阶求导这里我从计算代码的角度来解释一下，代码按以下顺序给出。
把方程组直接带入已知条件，就可以得到答案。
二分法基本函数是这样子的：y = dichotomy(fun,a,b,tol)；二分法的算法要输入四个变量，fun,a,b,tol：函数，一个根的左右点，tol=1.0e-6function y =fun(x)y = x^3-5* x +4.272;上面这个就是定义的fun，每次的输入的方程不同，第一条不动，直接改第二行就可以的。
比如这里我们要计算的方程y = x^3 - 5 * x + 4.272;我们是可以通过简单计算得到一个根的两侧分别是1和1.3那在窗口指令指令中输入x=dichotomy(’fun‘,1,1.3,1.0e-6)就可以得到结果function y =dichotomy(fun,a,b,tol)if nargin <4tol =1.0e-5;endn =1;iffeval(fun,a)*feval(fun,b)<0c =(a+b)/2;while(abs(b-c)>tol)&&(abs(feval(fun,c))>tol)if(feval(fun,c)*feval( fun,a)>0)a = c;c=(a+b)/2;elseif(feval(fun,c)*feval(fun,a)<0)b = c;c =(a+b)/2;elsey = c;tol =100;endn = n +1;endy = c;elseif feval(fun,a)==0y = a;elseif feval(fun,b)==0y = b;elsedisp('there may not be a root in the interval');endnfunction y =fun(x)y = x^3-5* x +4.272;牛顿法还是用刚才那道题，y = x^3 - 5 * x + 4.272，一阶导是y = 3 * x^2 - 5;function y =dfun(x)y =3* x^2-5;下面的是具体的算法，根据x = newton(x0,tol)，我们只需要输入一个我们猜想的值就可以。
非线性方程求解算法比较
非线性方程求解算法比较在数学和计算机科学领域中，非线性方程是一种无法简单地通过代数方法求解的方程。
因此，研究和开发高效的非线性方程求解算法是至关重要的。
本文将比较几种常见的非线性方程求解算法，包括牛顿迭代法、割线法和二分法。
通过对比它们的优缺点和适用范围，可以帮助人们选择最适合的算法来解决特定的非线性方程问题。
一、牛顿迭代法牛顿迭代法是一种常用的非线性方程求解算法。
它基于泰勒级数展开，使用函数的导数信息来逼近方程的根。
具体步骤如下：1. 选择初始近似值$x_0$。
2. 计算函数$f(x_0)$和导数$f'(x_0)$。
3. 根据牛顿迭代公式$x_{n+1}=x_n-\frac{f(x_n)}{f'(x_n)}$，计算下一个近似解$x_{n+1}$。
4. 重复步骤2和步骤3，直到达到预设的收敛条件。
牛顿迭代法的收敛速度很快，通常二次收敛。
然而，它对于初始值的选择非常敏感，可能会陷入局部极值点，导致找到错误的根。
因此，在使用牛顿迭代法时，需要根据具体问题选择合适的初始近似值。
二、割线法割线法是另一种常见的非线性方程求解算法。
它是对牛顿迭代法的改进，使用两个近似解来逼近方程的根。
具体步骤如下：1. 选择初始近似值$x_0$和$x_1$。
2. 计算函数$f(x_0)$和$f(x_1)$。
3. 根据割线公式$x_{n+1}=x_n-\frac{f(x_n)(x_n-x_{n-1})}{f(x_n)-f(x_{n-1})}$，计算下一个近似解$x_{n+1}$。
4. 重复步骤2和步骤3，直到达到预设的收敛条件。
与牛顿迭代法相比，割线法不需要计算导数，因此更加灵活。
然而，割线法的收敛速度比牛顿迭代法慢，通常是超线性收敛。
与牛顿迭代法一样，割线法也对初始近似值的选择敏感。
三、二分法二分法是一种简单直观的非线性方程求解算法。
它利用函数在根附近的特性，通过不断缩小区间范围来逼近方程的根。
具体步骤如下：1. 选择初始区间$[a,b]$，其中$f(a)$和$f(b)$异号。
二分法和牛顿迭代法求解方程的比较
二分法和牛顿迭代法求解方程的比较200822401018 徐小良一、问题叙述求解1232cos 0x x -+=的解；通过编写matlab 程序分别用分析二分法和牛顿迭代法求解方程，通过两种方法的比较，分析二者求解方程的快慢程度。
二、问题分析由matlab 画图命令，容易得到此方程解的范围为（2，4）；两种迭代方法，在使用相同的误差（0.00001）的情况下，得出matlab 迭代次数，通过次数的比较得出二者求解速度快慢比较。
三、实验程序及注释（1）、二分法程序：clear; %清除所有内存数据； f=inline('12-3*x+2*cos(x)');format long %数据显示格式设为长型； a=2;b=4; %求解区间； er=b-a;ya=f(a);k=0;er0=0.00001; %误差分析； while er>er0 x0=.5*(a+b); y0=f(x0); if ya*y0<0b=x0; %二分法求解程序； elsea=x0; ya=y0; enddisp([a,b]);er=b-a;k=k+1 %显示各个区间值和求解次数； enddisp([a,b]); %显示最后一个区间值； （2）、牛顿迭代法程序：clear; %清除所有内存数据； f=inline('12-3*x+2*cos(x)');format long %数据显示格式设为长型； b=3;a=4;k=0; %求解区间； y0=f(b);y=f(a);while abs(b-a)>0.00001 t=a-y*(a-b)/(y-y0);b=a;y0=y; %牛顿迭代法求解程序； a=t;y=f(a); k=k+1;disp([b,a]);k %显示各个区间值和求解次数； enddisp([b,a]); %显示最后一个区间值；四、实验数据结果及分析表2：牛顿迭代法程序结果五、实验结论通过表1可知，在二分法下，程序迭代了17次后和第18次的结果一致，即程序迭代了17次达到要求的试验误差；通过表2可知，在牛顿迭代法下，程序迭代了4次后和第5次的结果一致，即程序迭代了4次达到要求的试验误差；二者比较明显可以看出牛顿迭代法的求解效率要远远优于二分法。
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二分法和牛顿迭代法求解非线性方程的比较及应用
摘要：本文基于计算机matlab和c语言编程去分析两者的计算复杂性，并深入探讨了两种方法的优缺点。
最后，通过将两种方法结合起来解决非线性方程的求解问题，取得了显著地效果。
同时，这也再次证明了方法组合解决问题的高效性。
关键词：二分法；牛顿迭代法；非线性方程
中图分类号：o242 文献标志码：b 文章编号：1674-9324（2013）25-0139-01
求解方程的近似根，一般需要解决两个问题：
1.根的隔离。
即找出有根区域，使得在一些小区间中方程只有一根（或一对共轭复根）以便获取各根的较粗糙的近似值。
2.近似根的精确化。
即用求根的数值方法，使求得的近似根逐步精确化，直到获得一定精度的近似根。
一、二分法和牛顿迭代法的基本思想
1.二分法。
一般地，对于函数f（x），如果存在实数c，当x=c 时，若f（c）=0，那么把x=c叫做函数f（x）的零点。
解方程即要求f（x）的所有零点。
假定f（x）在区间（x，y）上连续，先找到a、b属于区间（x，y），使f（a），f（b）异号，说明在区间（a，b）内一定有零点，然后求[f（a+b）/2]，现在假设f（a）0，a=a，从①开始继续使用中点函数值判断。
如果[f（a+b）/2]>0，则在区间（a，（a+b）/2）内有零点，注：（a+b）/2<=b，从①开始继续使用中点函数值判断。
这样就可以不断接近零点。
通过每次把
f（x）的零点所在小区间收缩一半的方法，使区间的两个端点逐步迫近函数的零点，以求得零点的近似值，这种方法叫做二分法。
从以上可以看出，每次运算后，区间长度减少一半，是线形收敛。
另外，二分法不能计算复根和重根。
2.牛顿迭代法。
设r是f（x）=0的根，选取x0作为r初始近似值，过点（x0，f（x0））做曲线y=f（x）的切线l，l的方程为y=f （x0）+f’（x0）（x-x0），求出l与x轴交点的横坐标x1=x0-f（x0）/f’（x0），称x1为r的一次近似值。
过点（x1，f（x1））作曲线y=f（x）的切线，并求该切线与x轴交点的横坐标x2=x1-f（x1）/f’（x1），称x2为r的二次近似值。
重复以上过程，得r的近似值序列，其中x（n+1）=x（n）-f（x（n））/f’（x（n）），称为r 的n+1次近似值，上式称为牛顿迭代公式。
解非线性方程f（x）=0的牛顿法是把非线性方程线性化的一种近似方法。
把f（x）在x0点附近展开成泰勒级数f（x）=f（x0）+（x-x0）f’（x0）+（x-x0） *f’’（x0）/2！+…取其线性部分，作为非线性方程f（x）=0
的近似方程，即泰勒展开的前两项，则有f（x0）+f’（x0）（x-x0）=0设f’（x0）≠0则其解为x1=x0-f（x0）/f’（x0）这样，得到牛顿法的一个迭代序列：x（n+1）=x（n）-f（x（n））/f’（x （n）），记为：{x（n）}。
此时，当n趋于无穷大时，x（n）就会逐渐逼近f（x）=0的根。
二、例证分析
1.对此非线性方程x3-50x2-6610=0在单独用二分法和牛顿迭代
法时的效果都不显著。
实验的结果分析：
由此可见，牛顿迭代法是一种特殊的迭代法，用于求非线性方程单根时具有二阶收敛速度。
但是，牛顿法也有自己的缺点。
如对初值要求苛刻，而且还要求函数的导数。
综上所述，显然，通过将两种方法结合起来解决非线性方程的求解问题，取得了显著地效果。
迭代次数大大减少，极大降低了计算的复杂性，收到了很好的效果。
如何针对不同的方程构造不同的迭代公式，如何降低对初值的依赖性和提高收敛的速度，都是非线性方程求根问题中经常考虑的问题。
本文通过对比两种算法的优劣，得出了牛顿迭代法和二分法各自的特点，并把两种方法结合起来，先通过二分法找到合适的初始值，然后再用牛顿法进行迭代运算，大大节约了时间，降低了计算复杂性。
这也证实了把各种方法的长处结合起来，来解决问题往往收到不错的结果。
作者简介：张晓勇（1987-），男，河南民权人，在读研究生，研究方向：计算数学中的系统建模与仿真。