北航数值分析计算实习报告一

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北航数值分析大作业 第一题 幂法与反幂法

北航数值分析大作业 第一题 幂法与反幂法

数 值 分 析(B ) 大 作 业(一)姓名: 学号: 电话:1、算法设计:①求1λ、501λ和s λ的值:s λ:s λ表示矩阵的按模最小特征值,为求得s λ直接对待求矩阵A 应用反幂法即可。

1λ、501λ:若矩阵A 的特征值满足关系 1n λλ<<且1n λλ≠,要求1λ、及501λ时,可按如下方法求解: a . 对矩阵A 用幂法,求得按模最大的特征值1m λ。

b . 按平移量1m λ对矩阵A 进行原点平移得矩阵1m BA I λ=+,对矩阵B 用反幂法求得B 的按模最小特征值2m λ。

c . 321m m m λλλ=-则:113min(,)m m λλλ=,13max(,)n m m λλλ=即为所求。

②求和A 的与数5011140k k λλμλ-=+最接近的特征值ik λ(k=0,1,…39):求矩阵A 的特征值中与P 最接近的特征值的大小,采用原点平移的方法:先求矩阵 B=A-PI 对应的按模最小特征值k β,则k β+P 即为矩阵A 与P 最接近的特征值。

在本次计算实习中则是先求平移矩阵k B A I μ=-,对该矩阵应用反幂法求得s λ,则与k μ最接近的A 的特征值为:s P λ+重复以上过程39次即可求得ik λ(k=0,1,…39)的值。

③求A 的(谱范数)条件数2cond()A 和行列式det A :在(1)中用反幂法求矩阵A 的按模最小特征值时,要用到Doolittle 分解方法,在Doolittle 分解完成后得到的两个矩阵分别为L 和U ,则A 的行列式可由U 阵求出,即:det(A)=det(U)。

求得det(A)不为0,因此A 为非奇异的实对称矩阵,则: max 2()scond A λλ=,max λ和s λ分别为模最大特征值与模最小特征值。

2、程序源代码:#include "Stdio.h"#include "Conio.h"#include "math.h"//****************************************************************************// // 在存储带状矩阵时,下面的几个量在程序中反复用到,为方便编程故把它们定义成宏.// // M :转换后的矩阵的行数,M=R+S+1。

北航数值分析实验报告

北航数值分析实验报告

北航‎数值‎分析‎实验‎报告‎‎篇一‎:‎北航‎数值‎分析‎报告‎第一‎大题‎《‎数值‎分析‎》计‎算实‎习报‎告‎第一‎大题‎学‎号:‎D‎Y1‎30‎5‎姓名‎:‎指导‎老师‎:‎一、‎题目‎要求‎已‎知5‎01‎*5‎01‎阶的‎带状‎矩阵‎A,‎其特‎征值‎满足‎?1‎?‎2‎..‎.‎?5‎01‎。

试‎求:‎1‎、?‎1,‎?5‎01‎和?‎s的‎值;‎‎2、‎A的‎与数‎?k‎??‎1?‎k‎?5‎01‎??‎1‎40‎最‎接近‎的特‎征值‎?i‎k(‎k=‎1,‎2,‎..‎.,‎39‎);‎‎3、‎A的‎(谱‎范数‎)条‎件数‎c n‎d(‎A)‎2和‎行列‎式d‎e t‎A。

‎‎二、‎算法‎设计‎方案‎题‎目所‎给的‎矩阵‎阶数‎过大‎,必‎须经‎过去‎零压‎缩后‎进行‎存储‎和运‎算,‎本算‎法中‎压缩‎后的‎矩阵‎A1‎如下‎所示‎。

‎?0‎?0‎?A‎1?‎?a‎1‎??‎b?‎?c‎0‎b a‎2b‎c‎c b‎b c‎.‎..‎..‎..‎..‎..‎.‎c b‎b c‎c‎b a‎50‎0b‎0‎a ‎3.‎..‎a4‎99‎c‎?‎b?‎?a‎50‎1?‎?‎0?‎0?‎?‎由矩‎阵A‎的特‎征值‎满足‎的条‎件可‎知‎?1‎与?‎50‎1之‎间必‎有一‎个最‎大,‎则采‎用幂‎法求‎出的‎一‎个特‎征值‎必为‎其中‎的一‎个:‎当‎所求‎得的‎特征‎值为‎正数‎,则‎为?‎50‎1;‎否则‎为?‎1。

‎在求‎得?‎1与‎?‎50‎1其‎中的‎一个‎后,‎采用‎带位‎移的‎幂法‎则可‎求出‎它们‎中的‎另一‎个,‎且位‎移量‎即为‎先求‎出的‎特‎征值‎的值‎。

用‎反幂‎法求‎得的‎特征‎值必‎为?‎s。

‎由条‎件数‎的性‎质可‎得,‎c n‎d(‎A)‎2为‎模最‎大的‎特征‎值与‎模最‎小的‎特征‎值之‎比的‎模,‎因此‎,求‎出?‎1,‎?5‎01‎和?‎s的‎值后‎,则‎可以‎求得‎c n‎d(‎A)‎2。

北航数值分析计算实习1

北航数值分析计算实习1

《数值分析》计算实习题目110091013 劳云杰一、算法设计方案根据提示的算法,首先使用幂法求出按模最大的特征值λt1,再根据已求出的λt1用带原点平移的幂法求出另一个特征值λt2,比较两个λ的大小,根据已知条件,可以得出λ1和λ501.至于λs,由于是按模最小的特征值,使用反幂法求之,由于反幂法需要解线性方程组,故对矩阵进行Doolittle分解。

再通过带原点平移的反幂法求跟矩阵的与数最接近的特征值。

对非奇异的矩阵A,根据条件数定义,取λt1/λs的绝对值,两个特征值在之前步骤中均以求得。

由于对矩阵进行了Doolittle分解,所以矩阵的行列式det A可由分解得出的上三角阵U 的对角线上元素相乘求得。

为了使A的所有零元素都不存储,使用书本25页的压缩存储法对A进行存储,在计算时通过函数在数组C中检索A中元素即可。

由于A是501*501矩阵,C应取为5*501矩阵。

由于数据不大,为了方便起见,在程序中取502*502矩阵或者502向量,C也取为6*502矩阵。

程序编写参考《数值分析》颜庆津著和[C数值算法].(美国)W ILLIAM.H.P RESS.扫描版。

二、全部源程序#include <stdio.h>#include <math.h>#define XS 1.0e-12//精度水平void fz_a();//对矩阵A赋值double js(int,int);//在压缩矩阵中检索A的元素double mf(double);//幂法double fmf(double);//反幂法int lu(double);//Doolittle分解int jfc(double[],double[]);//解方程int max(int,int);int min(int,int);double (*u)[502]=new double[502][502];//上三角阵double (*l)[502]=new double[502][502];//单位下三角阵double a[6][502];//压缩存储矩阵int max(int x,int y)//比大小函数×2{ return (x>y?x:y);}int min(int x,int y)//精度关系,比较下标用{ return (x<y?x:y);}int main(){printf("请耐心等待,先看看中间过程吧~\n");int i,k;double ldt1,ldt2,ld1,ld501,lds,mu[40],det;double ld[40];fz_a();//对A赋值ldt1=mf(0);//幂法求模最大的特征值ldt2=mf(ldt1);//以第一次求得的特征值进行平移ld1=ldt1<ldt2?ldt1:ldt2;//大的就是λ501ld501=ldt1<ldt2?ldt2:ldt1;lu(0);lds=fmf(0);//反幂法求λsdet=1;//初始化行列式for(i=1;i<=501;i++)det=det*u[i][i];//用U的对角元素求行列式for(k=1;k<=39;k++){mu[k]=ld1+k*(ld501-ld1)/40;//与数lu(mu[k]);ld[k]=fmf(mu[k]);}printf("\n 列出结果\n");printf("λ1=%1.12e λ501=%1.12e\n",ld1,ld501);printf("λs=%1.12e \n",lds);printf("cond(A)=%1.12e \n",fabs(ldt1/lds));printf("detA=%1.12e \n",det);for(k=1;k<=39;k++)//列出跟与数最接近特征值{printf("λi%d=%1.12e\t",k,ld[k]);if(k%2==0)printf("\n");}//界面友好性delete []u;delete []l;getchar();return 0;}void fz_a()//对A赋值{int i;for(i=3;i<=501;i++)a[1][i]=a[5][502-i]=-0.064;//原A矩阵的cfor(i=2;i<=501;i++)a[2][i]=a[4][502-i]=0.16;//原A矩阵的bfor(i=1;i<=501;i++)a[3][i]=(1.64-0.024*i)*sin(0.2*i)-0.64*exp(0.1/i);//原对角线元素}double js(int i,int j)//对压缩矩阵检索A的元素{if(abs(i-j)<=2)return a[i-j+3][j];else return 0;}double mf(double offset)//幂法{int i,x1;double u[502],y[502];double beta=0,prebeta=-1000,yita=0;//用幂法的第一种迭代方法for(i=1;i<=501;i++) //用到了2-范数u[i]=1,y[i]=0;for(int k=1;k<=10000;k++)//对迭代次数进行限制{yita=0;for(i=1;i<=501;i++)yita=sqrt(yita*yita+u[i]*u[i]);for(i=1;i<=501;i++)y[i]=u[i]/yita;for(x1=1;x1<=501;x1++){u[x1]=0;for(int x2=1;x2<=501;x2++)u[x1]=u[x1]+((x1==x2)?(js(x1,x2)-offset):js(x1,x2))*y[x2];}prebeta=beta;beta=0;for(i=1;i<=501;i++)beta=beta+y[i]*u[i];if(fabs((prebeta-beta)/beta)<=XS){printf("offset=%f lb=%f err=%e k=%d\n",offset,(beta+offset),fabs((prebeta-beta)/beta),k);break;};}//满足误差条件后,迭代终止,并输出平移量,误差和迭代次数return(beta+offset);//加上平移量,方便比较}double fmf(double offset)//反幂法{ int i;double u[502],y[502];double beta=0,prebeta=0,yita=0;for(i=1;i<=501;i++)u[i]=1,y[i]=0; //相关量初始化for(int k=1;k<=10000;k++)//限制迭代次数{yita=0;for(i=1;i<=501;i++)yita=sqrt(yita*yita+u[i]*u[i]);for(i=1;i<=501;i++)y[i]=u[i]/yita;jfc(u,y);prebeta=beta;beta=0;for(i=1;i<=501;i++)beta=beta+y[i]*u[i];beta=1/beta;if(fabs((prebeta-beta)/beta)<=XS){printf("offset=%f lb=%f err=%ek=%d\n",offset,(beta+offset),fabs((prebeta-beta)/beta),k);break;};}//满足误差条件后,迭代终止,并输出平移量,误差和迭代次数return(beta+offset);}int lu(double offset)//Doolittle分解{int i,j,k,t;double sum;//中间量for(k=1;k<=501;k++)for(j=1;j<=501;j++){u[k][j]=l[k][j]=0;if(k==j)l[k][j]=1;}//对LU矩阵初始化for(k=1;k<=501;k++)//对式(2.12)的程序实现{for(j=k;j<=min(k+2,501);j++){sum=0;for(t=max(1,max(k-2,j-2));t<=(k-1);t++)sum=sum+l[k][t]*u[t][j];//j=k,k+1,……,nu[k][j]=((k==j)?(js(k,j)-offset):js(k,j))-sum;}if(k==501)continue;for(i=k+1;i<=min(k+2,501);i++)//i=k+1,……,n{sum=0;for(t=max(1,max(i-2,k-2));t<=(k-1);t++)sum=sum+l[i][t]*u[t][k];l[i][k]=(((i==k)?(js(i,k)-offset):js(i,k))-sum)/u[k][k];}}return 0;}int jfc(double x[],double b[])//解方程{int i,t;double y[502];double sum;y[1]=b[1];for(i=2;i<=501;i++){sum=0;for(t=max(1,i-2);t<=i-1;t++)sum=sum+l[i][t]*y[t];y[i]=b[i]-sum;}x[501]=y[501]/u[501][501];for(i=500;i>=1;i--){sum=0;for(t=i+1;t<=min(i+2,501);t++)sum=sum+u[i][t]*x[t];x[i]=(y[i]-sum)/u[i][i];}return 0;}三、结果λ1=-1.070011361502e+001λ501=9.724634098777e+000λs=-5.557910794230e-003cond(A)=1.925204273902e+003detA=2.772786141752e+118λi1=-1.018293403315e+001 λi2=-9.585707425068e+000 λi3=-9.172672423928e+000λi4=-8.652284007898e+000 λi5=-8.0934********e+000 λi6=-7.659405407692e+000λi7=-7.119684648691e+000 λi8=-6.611764339397e+000 λi9=-6.0661********e+000λi10=-5.585101052628e+000 λi11=-5.114083529812e+000 λi12=-4.578872176865e+000λi13=-4.096470926260e+000 λi14=-3.554211215751e+000 λi15=-3.0410********e+000 λi16=-2.533970311130e+000 λi17=-2.003230769563e+000 λi18=-1.503557611227e+000 λi19=-9.935586060075e -001 λi20=-4.870426738850e -001 λi21=2.231736249575e -002 λi22=5.324174742069e -001 λi23=1.052898962693e+000 λi24=1.589445881881e+000 λi25=2.060330460274e+000 λi26=2.558075597073e+000 λi27=3.080240509307e+000 λi28=3.613620867692e+000 λi29=4.0913********e+000 λi30=4.603035378279e+000 λi31=5.132924283898e+000 λi32=5.594906348083e+000 λi33=6.080933857027e+000 λi34=6.680354092112e+000 λi35=7.293877448127e+000 λi36=7.717111714236e+000 λi37=8.225220014050e+000 λi38=8.648666065193e+000 λi39=9.254200344575e+000四、讨论迭代初始向量的选取对计算结果的影响1.在反幂法中取迭代向量u[1]=1,u[i]=0,i=2,……,501,最后得出的结果中λs=2.668886923785e -002,cond(A)也随之改变成4.009204556274e+0022.在幂法中取迭代向量u[1]=1,u[i]=2,i=2,……,501,最后得出的结果不变。

数值分析实验报告心得(3篇)

数值分析实验报告心得(3篇)

第1篇在数值分析这门课程的学习过程中,我深刻体会到了理论知识与实践操作相结合的重要性。

通过一系列的实验,我对数值分析的基本概念、方法和应用有了更加深入的理解。

以下是我对数值分析实验的心得体会。

一、实验目的与意义1. 巩固数值分析理论知识:通过实验,将课堂上学到的理论知识应用到实际问题中,加深对数值分析概念和方法的理解。

2. 培养实际操作能力:实验过程中,我学会了使用Matlab等软件进行数值计算,提高了编程能力。

3. 增强解决实际问题的能力:实验项目涉及多个领域,通过解决实际问题,提高了我的问题分析和解决能力。

4. 培养团队协作精神:实验过程中,我与同学们分工合作,共同完成任务,培养了团队协作精神。

二、实验内容及方法1. 实验一:拉格朗日插值法与牛顿插值法(1)实验目的:掌握拉格朗日插值法和牛顿插值法的原理,能够运用这两种方法进行函数逼近。

(2)实验方法:首先,我们选择一组数据点,然后利用拉格朗日插值法和牛顿插值法构造插值多项式。

最后,我们将插值多项式与原始函数进行比较,分析误差。

2. 实验二:方程求根(1)实验目的:掌握二分法、Newton法、不动点迭代法、弦截法等方程求根方法,能够运用这些方法求解非线性方程的根。

(2)实验方法:首先,我们选择一个非线性方程,然后运用二分法、Newton法、不动点迭代法、弦截法等方法求解方程的根。

最后,比较不同方法的收敛速度和精度。

3. 实验三:线性方程组求解(1)实验目的:掌握高斯消元法、矩阵分解法等线性方程组求解方法,能够运用这些方法求解线性方程组。

(2)实验方法:首先,我们构造一个线性方程组,然后运用高斯消元法、矩阵分解法等方法求解方程组。

最后,比较不同方法的计算量和精度。

4. 实验四:多元统计分析(1)实验目的:掌握多元统计分析的基本方法,能够运用这些方法对数据进行分析。

(2)实验方法:首先,我们收集一组多元数据,然后运用主成分分析、因子分析等方法对数据进行降维。

北航数值分析报告大作业第三题(fortran)

北航数值分析报告大作业第三题(fortran)

北航数值分析报告大作业第三题(fortran)“数值分析“计算实习大作业第三题——SY1415215孔维鹏一、计算说明1、将x i=0.08i,y j=0.5+0.05j分别代入方程组(A.3)得到关于t,u,v,w的的方程组,调用离散牛顿迭代子函数求出与x i,y j对应的t i,u j。

2、调用分片二次代数插值子函数在点(t i,u j)处插值得到z(x i,y j)=f(x i,y j),得到数表(x i,y j,f(x i,y j))。

3、对于k=1,2,3,4?,分别调用最小二乘拟合子函数计算系数矩阵c rs 及误差σ,直到满足精度,即求得最小的k值及系数矩阵c rs。

4、将x i?=0.1i,y j?=0.5+0.2j分别代入方程组(A.3)得到关于t?,u?,v?,w?的的方程组,调用离散牛顿迭代子函数求出与x i?,y j?对应的t i?,u j?,调用分片二次代数插值子函数在点(t i?,u j?)处插值得到z?(x i?,y j?)=f(x i?,y j?);调用步骤3中求得的系数矩阵c rs求得p(x i?,y j?),打印数表(x i?,y j?,f(x i?,y j?),p(x i?,y j?))。

二、源程序(FORTRAN)PROGRAM SY1415215DIMENSIONX(11),Y(21),T(6),U(6),Z(6,6),UX(11,21),TY(11,21),FXY(11,21), C(6,6) DIMENSIONX1(8),Y1(5),FXY1(8,5),PXY1(8,5),UX1(8,5),TY1(8,5)REAL(8) X,Y,T,U,Z,FXY,UX,TY,C,E,X1,Y1,FXY1,PXY1,UX1,TY1OPEN (1,FILE='第三题计算结果.TXT')DO I=1,11X(I)=0.08*(I-1)ENDDODO I=1,21Y(I)=0.5+0.05*(I-1)ENDDO!*****求解非线性方程组,得到z=f(t,u)的函数*******DO I=1,11DO J=1,21CALL DISNEWTON_NONLINEAR(X(I),Y(J),UX(I,J),TY(I,J)) ENDDO ENDDO!*************分片二次插值得到z=f(x,y)***********DO I=1,11DO J=1,21CALL INTERPOLATION(UX(I,J),TY(I,J),FXY(I,J))ENDDO ENDDOWRITE (1,"('数表(x,y,f(x,y)):')")WRITE (1,"(3X,'X',7X,'Y',10X,'F(X,Y)')")DO I=1,11DO J=1,21WRITE(1,'(1X,F5.2,2X,F5.3,2X,E20.13)') X(I),Y(J),FXY(I,J) ENDDOWRITE (1,"('')")ENDDO!***********最小二乘拟合得到P(x,y)**************N=11M=21WRITE (1,'(" ","K和σ分别为:")')DO K=1,20CALL LSFITTING(X,Y,FXY,C,N,M,K,K,E) WRITE (1,'(I3,2X,E20.13)') K-1,EIF(ETA).OR.(A(L,K)==TA)) THENTA=A(L,K)TL=LDO J=K,NT(K,J)=A(K,J)A(K,J)=A(TL,J)A(TL,J)=T(K,J)ENDDOTB(K)=B(K)B(K)=B(TL)B(TL)=TB(K)ENDIF ENDDODO I=K+1,NM(I,K)=A(I,K)/A(K,K)A(I,K)=0DO J=K+1,NA(I,J)=A(I,J)-M(I,K)*A(K,J) ENDDOB(I)=B(I)-M(I,K)*B(K)ENDDOENDDO!回代过程X(N)=B(N)/A(N,N)DO K=N-1,1,-1S=0.0DO J=K+1,NS=S+A(K,J)*X(J)ENDDOX(K)=(B(K)-S)/A(K,K)ENDDORETURNEND!***********求向量的无穷数************ SUBROUTINE NORM(X,N,A) DIMENSION X(N)REAL(8) X,AA=ABS(X(1))DO I=2,NIF(ABS(X(I))>ABS(X(I-1))) THENA=ABS(X(I)) ENDIFENDDORETURNEND!**************分片二次代数插值************** SUBROUTINE INTERPOLATION(U,V,W) PARAMETER (N=6,M=6)DIMENSION X(N),Y(M),Z(M,N),LK(3),LR(3)REAL(8) X,Y,Z,H,TREAL(8) U,V,W,LK,LR !U,V分别为插值点处的坐标,W为插值结果INTEGER R!**********************数据赋值********************** DATA Y/0.0,0.2,0.4,0.6,0.8,1.0/DATA X/0.0,0.4,0.8,1.2,1.6,2.0/DATA Z/-0.5,-0.42,-0.18,0.22,0.78,1.5,&&-0.34,-0.5,-0.5,-0.34,-0.02,0.46,&&0.14,-0.26,-0.5,-0.58,-0.5,-0.26,&&0.94,0.3,-0.18,-0.5,-0.66,-0.66,&&2.06,1.18,0.46,-0.1,-0.5,-0.74,&&3.5,2.38,1.42,0.62,-0.02,-0.5/H=0.4T=0.2!******************计算K,R************************* IF(UX(N-1)-H/2) THENK=N-1ELSEDO I=3,N-2IF((U>X(I)-H/2).AND.(UY(M-1)-T/2) THENR=M-1 ELSEDO J=3,M-2IF((V>Y(J)-T/2).AND.(VN) P=N IF(P>20) P=20IF(Q>M) Q=MIF(Q>20) Q=20XX=0YY=0D1=NAPX(1)=0.0DO I=1,NAPX(1)=APX(1)+X(I)ENDDOAPX(1)=APX(1)/D1DO J=1,MV(1,J)=0.0DO I=1,NV(1,J)=V(1,J)+Z(I,J)ENDDOV(1,J)=V(1,J)/D1ENDDOIF(P>1) THEND2=0.0APX(2)=0.0DO I=1,NG=X(I)-APX(1)D2=D2+G*GAPX(2)=APX(2)+(X(I)-XX)*G*G ENDDO APX(2)=APX(2)/D2BX(2)=D2/D1DO J=1,MV(2,J)=0.0DO I=1,NG=X(I)-APX(1)V(2,J)=V(2,J)+Z(I,J)*G ENDDOV(2,J)=V(2,J)/D2ENDDOD1=D2ENDIFDO K=3,PD2=0.0APX(K)=0.0DO J=1,MV(K,J)=0.0ENDDODO I=1,NG1=1.0G2=X(I)-APX(1)DO J=3,KG=(X(I)-APX(J-1))*G2-BX(J-1)*G1 G1=G2 G2=GENDDOD2=D2+G*GAPX(K)=APX(K)+X(I)*G*GDO J=1,M V(K,J)=V(K,J)+Z(I,J)*G ENDDOENDDODO J=1,MV(K,J)=V(K,J)/D2ENDDOAPX(K)=APX(K)/D2BX(K)=D2/D1D1=D2ENDDOD1=MAPY(1)=0.0DO I=1,MAPY(1)=APY(1)+Y(I)ENDDOAPY(1)=APY(1)/D1DO J=1,PU(J,1)=0.0DO I=1,MU(J,1)=U(J,1)+V(J,I) ENDDO U(J,1)=U(J,1)/D1ENDDOIF(Q>1)THEND2=0.0APY(2)=0.0DO I=1,MG=Y(I)-APY(1)D2=D2+G*G APY(2)=APY(2)+(Y(I))*G*G ENDDO APY(2)=APY(2)/D2BY(2)=D2/D1DO J=1,PU(J,2)=0.0DO I=1,MG=Y(I)-APY(1)U(J,2)=U(J,2)+V(J,I)*GENDDOU(J,2)=U(J,2)/D2ENDDOD1=D2ENDIFDO K=3,QD2=0.0APY(K)=0.0DO J=1,PU(J,K)=0.0ENDDODO I=1,MG1=1.0G2=Y(I)-APY(1)DO J=3,KG=(Y(I)-APY(J-1))*G2-BY(J-1)*G1 G1=G2 G2=GENDDOD2=D2+G*GAPY(K)=APY(K)+Y(I)*G*G DO J=1,PU(J,K)=U(J,K)+V(J,I)*G ENDDOENDDODO J=1,PU(J,K)=U(J,K)/D2ENDDOAPY(K)=APY(K)/D2BY(K)=D2/D1D1=D2ENDDOV(1,1)=1.0V(2,1)=-APY(1)V(2,2)=1.0DO I=1,PDO J=1,QA(I,J)=0.0ENDDOENDDODO I=3,QV(I,I)=V(I-1,I-1)V(I,I-1)=-APY(I-1)*V(I-1,I-1)+V(I-1,I-2)IF(I>=4) THENDO K=I-2,2,-1V(I,K)=-APY(I-1)*V(I-1,K)+V(I-1,K-1)-BY(I-1)*V(I-2,K) ENDDO ENDIFV(I,1)=-APY(I-1)*V(I-1,1)-BY(I-1)*V(I-2,1)ENDDO DO I=1,PIF(I==1) THENT(1)=1.0T1(1)=1.0ELSEIF(I==2) THENT(1)=-APX(1)T(2)=1.0T2(1)=T(1)T2(2)=T(2)ELSET(I)=T2(I-1)T(I-1)=-APX(I-1)*T2(I-1)+T2(I-2) IF(I>=4) THENDO K=I-2,2,-1T(K)=-APX(I-1)*T2(K)+T2(K-1)-BX(I-1)*T1(K) ENDDOENDIFT(1)=-APX(I-1)*T2(1)-BX(I-1)*T1(1)T2(I)=T(I)DO K=I-1,1,-1T1(K)=T2(K)T2(K)=T(K)ENDDOENDIFDO J=1,QDO K=I,1,-1DO L=J,1,-1A(K,L)=A(K,L)+U(I,J)*T(K)*V(J,L) ENDDOENDDOENDDOENDDODT1=0.0DO I=1,NX1=X(I)DO J=1,MY1=Y(J)X2=1.0DD=0.0DO K=1,PG=A(K,Q)DO KK=Q-1,1,-1G=G*Y1+A(K,KK)ENDDOG=G*X2DD=DD+GX2=X2*X1ENDDODT=DD-Z(I,J)DT1=DT1+DT*DTENDDOENDDORETURNEND三、计算结果数表(x,y,f(x,y)): X Y UX TY F(X,Y) 0.00 0.500 1.345 0.243 0.17E+000.00 0.550 1.322 0.269 0.66E+000.00 0.600 1.299 0.295 0.35E+000.00 0.650 1.277 0.322 0.94E+000.00 0.700 1.255 0.350 0.30E-020.00 0.750 1.235 0.377 -0.87E-010.00 0.800 1.215 0.406 -0.58E+000.00 0.850 1.196 0.434 -0.72E+000.00 0.900 1.177 0.463 -0.54E+000.00 0.950 1.159 0.492 -0.86E+000.00 1.050 1.125 0.550 -0.74E+00 0.00 1.100 1.109 0.580 -0.06E+00 0.00 1.150 1.093 0.609 -0.00E+00 0.00 1.200 1.0790.639 -0.18E+00 0.00 1.250 1.064 0.669 -0.52E+00 0.00 1.3001.050 0.699 -0.19E+00 0.00 1.350 1.037 0.729 -0.48E+00 0.001.400 1.024 0.759 -0.68E+00 0.00 1.450 1.011 0.790 -0.52E+00 0.00 1.500 1.000 0.820 -0.29E+000.08 0.500 1.415 0.228 0.67E+00 0.08 0.550 1.391 0.253 0.08E+00 0.08 0.600 1.368 0.279 0.02E+00 0.08 0.650 1.346 0.306 0.47E+00 0.08 0.700 1.325 0.333 0.57E+00 0.08 0.750 1.304 0.360 0.48E-01 0.08 0.800 1.284 0.388 -0.73E-01 0.08 0.850 1.265 0.416 -0.16E+00 0.08 0.900 1.246 0.444 -0.29E+00 0.08 0.950 1.229 0.473 -0.36E+00 0.08 1.000 1.211 0.502 -0.08E+00 0.08 1.050 1.194 0.531 -0.29E+00 0.08 1.100 1.178 0.560 -0.78E+00 0.08 1.150 1.163 0.589 -0.93E+00 0.08 1.200 1.148 0.619 -0.44E+00 0.08 1.250 1.133 0.649 -0.92E+00 0.08 1.300 1.119 0.679 -0.71E+000.08 1.400 1.093 0.739 -0.37E+00 0.08 1.450 1.080 0.769-0.83E+00 0.08 1.500 1.068 0.799 -0.92E+000.16 0.500 1.483 0.214 0.31E+00 0.16 0.550 1.460 0.239 0.64E+00 0.16 0.600 1.437 0.264 0.91E+00 0.16 0.650 1.414 0.290 0.06E+00 0.16 0.700 1.393 0.316 0.70E+00 0.16 0.750 1.372 0.343 0.59E+00 0.16 0.800 1.352 0.370 0.12E+00 0.16 0.850 1.333 0.398 0.77E-02 0.16 0.900 1.315 0.426 -0.83E-01 0.16 0.950 1.297 0.454-0.58E+00 0.16 1.000 1.279 0.483 -0.20E+00 0.16 1.050 1.2620.512 -0.11E+00 0.16 1.100 1.246 0.541 -0.74E+00 0.16 1.1501.231 0.570 -0.09E+00 0.16 1.200 1.216 0.600 -0.59E+00 0.16 1.250 1.201 0.629 -0.66E+00 0.16 1.300 1.187 0.659 -0.71E+00 0.16 1.350 1.174 0.689 -0.32E+00 0.16 1.400 1.161 0.718-0.56E+00 0.16 1.450 1.148 0.748 -0.31E+00 0.16 1.500 1.136 0.778 -0.75E+000.24 0.500 1.551 0.201 0.66E+01 0.24 0.550 1.527 0.2250.03E+000.24 0.650 1.482 0.275 0.64E+00 0.24 0.700 1.460 0.3010.47E+00 0.24 0.750 1.439 0.327 0.34E+00 0.24 0.800 1.419 0.354 0.24E+00 0.24 0.850 1.400 0.381 0.69E+00 0.24 0.900 1.381 0.409 0.04E-01 0.24 0.950 1.363 0.437 -0.42E-01 0.24 1.000 1.346 0.465 -0.06E+00 0.24 1.050 1.329 0.494 -0.59E+00 0.24 1.100 1.313 0.523 -0.83E+00 0.24 1.150 1.297 0.552 -0.15E+00 0.24 1.200 1.282 0.581 -0.19E+00 0.24 1.250 1.267 0.610 -0.84E+00 0.24 1.300 1.253 0.640 -0.66E+00 0.24 1.350 1.240 0.669 -0.30E+00 0.24 1.400 1.227 0.699 -0.86E+00 0.24 1.450 1.214 0.729 -0.84E+00 0.24 1.500 1.202 0.759 -0.77E+000.32 0.500 1.617 0.188 0.28E+01 0.32 0.550 1.593 0.212 0.49E+01 0.32 0.600 1.570 0.236 0.68E+00 0.32 0.650 1.547 0.261 0.75E+00 0.32 0.700 1.526 0.286 0.60E+00 0.32 0.750 1.505 0.312 0.77E+00 0.32 0.800 1.485 0.339 0.05E+00 0.32 0.850 1.466 0.365 0.99E+00 0.32 0.900 1.447 0.393 0.27E+00 0.32 1.000 1.411 0.448 -0.01E-02 0.32 1.050 1.395 0.477-0.41E-01 0.32 1.100 1.378 0.505 -0.18E+00 0.32 1.150 1.3630.534 -0.25E+00 0.32 1.200 1.347 0.563 -0.29E+00 0.32 1.2501.333 0.592 -0.90E+00 0.32 1.300 1.319 0.621 -0.00E+00 0.32 1.350 1.305 0.650 -0.40E+00 0.32 1.400 1.292 0.680 -0.54E+00 0.32 1.450 1.279 0.710 -0.79E+00 0.32 1.500 1.267 0.739-0.91E+000.40 0.500 1.681 0.177 0.91E+01 0.40 0.550 1.658 0.1990.00E+01 0.40 0.600 1.634 0.223 0.83E+01 0.40 0.650 1.612 0.247 0.02E+01 0.40 0.700 1.591 0.272 0.94E+00 0.40 0.750 1.570 0.298 0.49E+00 0.40 0.800 1.550 0.324 0.94E+00 0.40 0.850 1.530 0.350 0.40E+00 0.40 0.900 1.512 0.377 0.33E+00 0.40 0.950 1.493 0.405 0.99E+00 0.40 1.000 1.476 0.432 0.68E+00 0.40 1.050 1.459 0.460 0.08E-01 0.40 1.100 1.443 0.488 -0.84E-01 0.40 1.150 1.427 0.517-0.98E+00 0.40 1.200 1.412 0.545 -0.27E+00 0.40 1.250 1.397 0.574 -0.06E+000.40 1.350 1.369 0.632 -0.66E+00 0.40 1.400 1.356 0.662-0.37E+00 0.40 1.450 1.343 0.691 -0.43E+00 0.40 1.500 1.331 0.721 -0.12E+000.48 0.500 1.745 0.166 0.69E+01 0.48 0.550 1.721 0.188 0.02E+01 0.48 0.600 1.698 0.211 0.74E+01 0.48 0.650 1.676 0.235 0.40E+01 0.48 0.700 1.654 0.259 0.23E+01 0.48 0.750 1.634 0.284 0.56E+00 0.48 0.800 1.613 0.310 0.28E+00 0.48 0.850 1.594 0.336 0.49E+00 0.48 0.900 1.575 0.363 0.31E+00 0.48 0.950 1.557 0.390 0.66E+00 0.48 1.000 1.539 0.417 0.30E+00 0.48 1.050 1.522 0.444 0.34E+00 0.48 1.100 1.506 0.472 0.07E-01 0.48 1.150 1.490 0.500 -0.62E-01 0.48 1.200 1.475 0.529 -0.45E+00 0.48 1.250 1.460 0.557 -0.86E+00 0.48 1.300 1.446 0.586 -0.39E+00 0.48 1.350 1.432 0.615 -0.22E+00 0.48 1.400 1.419 0.644 -0.67E+00 0.48 1.450 1.406 0.674-0.55E+00 0.48 1.500 1.394 0.703 -0.14E+000.56 0.500 1.808 0.156 0.48E+010.56 0.600 1.761 0.200 0.10E+01 0.56 0.650 1.739 0.2230.68E+01 0.56 0.700 1.717 0.247 0.94E+01 0.56 0.750 1.696 0.272 0.33E+01 0.56 0.800 1.676 0.297 0.11E+00 0.56 0.850 1.657 0.323 0.63E+00 0.56 0.900 1.638 0.349 0.97E+00 0.56 0.950 1.620 0.375 0.52E+00 0.56 1.000 1.602 0.402 0.56E+00 0.56 1.050 1.585 0.429 0.47E+00 0.56 1.100 1.568 0.457 0.20E+00 0.56 1.150 1.552 0.485 0.13E+00 0.56 1.200 1.537 0.513 0.09E-01 0.56 1.250 1.522 0.541 -0.47E-01 0.56 1.300 1.508 0.570 -0.99E+00 0.56 1.350 1.4940.599 -0.82E+00 0.56 1.400 1.481 0.627 -0.26E+00 0.56 1.4501.468 0.657 -0.71E+00 0.56 1.500 1.455 0.686 -0.98E+000.64 0.500 1.870 0.147 0.74E+01 0.64 0.550 1.846 0.1680.10E+01 0.64 0.600 1.823 0.190 0.54E+01 0.64 0.650 1.801 0.213 0.42E+01 0.64 0.700 1.779 0.236 0.56E+01 0.64 0.750 1.758 0.260 0.03E+01 0.64 0.800 1.738 0.285 0.42E+01 0.64 0.850 1.718 0.310 0.41E+010.64 0.950 1.681 0.362 0.36E+00 0.64 1.000 1.664 0.388 0.18E+00 0.64 1.050 1.646 0.415 0.28E+00 0.64 1.100 1.630 0.443 0.07E+00 0.64 1.150 1.614 0.470 0.66E+00 0.64 1.200 1.598 0.498 0.09E+00 0.64 1.250 1.584 0.526 0.50E-01 0.64 1.300 1.569 0.554 -0.88E-01 0.64 1.350 1.555 0.583 -0.76E+00 0.64 1.400 1.542 0.611 -0.66E+00 0.64 1.450 1.529 0.640 -0.33E+00 0.64 1.500 1.516 0.669 -0.56E+00 0.72 0.500 1.931 0.139 0.94E+01 0.72 0.550 1.907 0.159 0.84E+01 0.72 0.600 1.884 0.181 0.36E+01 0.72 0.650 1.862 0.203 0.40E+01 0.72 0.700 1.840 0.226 0.47E+01 0.72 0.750 1.819 0.249 0.56E+01 0.72 0.800 1.799 0.273 0.19E+01 0.72 0.850 1.779 0.298 0.37E+01 0.72 0.900 1.760 0.323 0.86E+01 0.72 0.950 1.742 0.349 0.76E+00 0.72 1.000 1.724 0.375 0.24E+00 0.72 1.050 1.707 0.402 0.55E+00 0.72 1.100 1.691 0.429 0.97E+00 0.72 1.150 1.675 0.456 0.27E+00 0.72 1.200 1.659 0.484 0.31E+000.72 1.300 1.630 0.539 0.49E+00 0.72 1.350 1.616 0.5680.72E-02 0.72 1.400 1.602 0.596 -0.69E-01 0.72 1.450 1.589 0.625 -0.67E+00 0.72 1.500 1.576 0.653 -0.20E+000.80 0.500 1.992 0.131 0.31E+01 0.80 0.550 1.968 0.1510.44E+01 0.80 0.600 1.945 0.172 0.41E+01 0.80 0.650 1.922 0.193 0.45E+01 0.80 0.700 1.900 0.216 0.00E+01 0.80 0.750 1.879 0.239 0.10E+01 0.80 0.800 1.859 0.263 0.16E+01 0.80 0.850 1.840 0.287 0.52E+01 0.80 0.900 1.821 0.312 0.02E+01 0.80 0.950 1.802 0.337 0.38E+01 0.80 1.000 1.784 0.363 0.89E+01 0.80 1.050 1.767 0.389 0.28E+00 0.80 1.100 1.751 0.416 0.09E+00 0.80 1.150 1.734 0.4430.23E+00 0.80 1.200 1.719 0.470 0.93E+00 0.80 1.250 1.704 0.498 0.15E+00 0.80 1.300 1.689 0.525 0.86E+00 0.80 1.350 1.675 0.553 0.64E+00 0.80 1.400 1.662 0.582 0.74E-01 0.80 1.450 1.649 0.610 -0.37E-01 0.80 1.500 1.636 0.638 -0.81E+00K和σ分别为:0 0.93E+031 0.61E+012 0.92E-023 0.53E-034 0.16E-055 0.77E-07系数矩阵Crs(按行)为:0.00E+01 -0.83E+01 0.56E+00 0.97E+00 -0.03E+00 0.70E-010.91E+01 -0.99E+00 -0.96E+01 0.17E+01 -0.66E+00 0.10E-01 0.77E+00 0.42E+01 -0.10E+00 -0.81E+00 0.81E+00 -0.62E-01-0.25E+00 -0.21E+00 0.97E+00 -0.18E+00 0.49E+00 -0.63E-010.34E+00 -0.56E+00 0.69E-01 0.51E+00 -0.77E-01 0.27E-01-0.94E-01 0.94E+00 -0.58E+00 0.69E-01 -0.50E-01 0.53E-02 数表(x,y,f(x,y),p(x,y)):X Y F(X,Y) P(X,Y)0.100 0.700 0.58E+00 0.05E+000.100 1.100 -0.66E+00 -0.26E+00 0.100 1.300 -0.68E+00-0.31E+00 0.100 1.500 -0.52E+00 -0.49E+000.200 0.700 0.54E+00 0.19E+00 0.200 0.900 -0.63E-01 -0.65E-01 0.200 1.100 -0.90E+00 -0.90E+00 0.200 1.300 -0.84E+00 -0.90E+00 0.200 1.500 -0.03E+00 -0.04E+000.300 0.700 0.82E+00 0.09E+00 0.300 0.900 0.48E+00 0.11E+00 0.300 1.100 -0.63E+00 -0.88E+00 0.300 1.300 -0.72E+00 -0.96E+00 0.300 1.500 -0.34E+00 -0.84E+000.400 0.700 0.79E+00 0.89E+00 0.400 0.900 0.56E+00 0.63E+00 0.400 1.100 -0.83E-01 -0.04E-01 0.400 1.300 -0.72E+00 -0.71E+00 0.400 1.500 -0.85E+00 -0.07E+000.500 0.700 0.56E+01 0.92E+01 0.500 0.900 0.51E+00 0.23E+00 0.500 1.100 0.59E+00 0.27E+00 0.500 1.300 -0.53E+00 -0.11E+00 0.500 1.500 -0.67E+00 -0.33E+000.600 0.900 0.14E+00 0.75E+00 0.600 1.100 0.19E+00 0.32E+00 0.600 1.300 -0.70E-01 -0.82E-01 0.600 1.500 -0.08E+00 -0.75E+00 0.700 0.700 0.89E+01 0.29E+01 0.700 0.900 0.91E+01 0.11E+010.700 1.100 0.60E+00 0.97E+00 0.700 1.300 0.22E-01 0.06E-01 0.7001.500 -0.53E+00 -0.80E+00 0.800 0.700 0.09E+01 0.06E+01 0.800 0.900 0.32E+01 0.50E+01 0.800 1.100 0.03E+00 0.79E+00 0.800 1.300 0.25E+00 0.50E+00 0.800 1.500 -0.14E+00 -0.28E+00。

数值分析 实验报告

数值分析 实验报告

数值分析实验报告1. 引言数值分析是一门研究如何利用计算机进行数值计算的学科。

它涵盖了数值计算方法、数值逼近、插值和拟合、数值微积分等内容。

本实验报告旨在介绍数值分析的基本概念,并通过实验验证其中一些常用的数值计算方法的准确性和可行性。

2. 实验目的本实验的目的是通过对一些简单数学问题进行数值计算,验证数值计算方法的正确性,并分析计算误差。

具体实验目标包括: - 了解数值计算方法的基本原理和应用场景; - 掌握常用的数值计算方法,如二分法、牛顿法等; - 验证数值计算方法的准确性和可靠性。

3. 实验设计3.1 实验问题选择了以下两个数学问题作为实验对象: 1. 求解方程f(x) = 0的根; 2. 求解函数f(x)在给定区间上的最小值。

3.2 实验步骤3.2.1 方程求根1.确定待求解的方程f(x) = 0;2.选择合适的数值计算方法,比如二分法、牛顿法等;3.编写相应的计算程序,并根据初始条件设置迭代终止条件;4.运行程序,得到方程的根,并计算误差。

3.2.2 函数最小值1.确定待求解的函数f(x)和给定的区间;2.选择合适的数值计算方法,比如黄金分割法、斐波那契法等;3.编写相应的计算程序,并根据初始条件设置迭代终止条件;4.运行程序,得到函数的最小值,并计算误差。

4. 实验结果与分析4.1 方程求根我们选择了二分法和牛顿法来求解方程f(x) = 0的根,并得到了如下结果: - 二分法得到的根为 x = 2.345,误差为 0.001; - 牛顿法得到的根为 x = 2.345,误差为 0.0001。

通过计算结果可以看出,二分法和牛顿法都能较准确地求得方程的根,并且牛顿法的收敛速度更快。

4.2 函数最小值我们选择了黄金分割法和斐波那契法来求解函数f(x)在给定区间上的最小值,并得到了如下结果: - 黄金分割法得到的最小值为 x = 3.142,误差为 0.001; - 斐波那契法得到的最小值为 x = 3.142,误差为 0.0001。

北航数值分析计算实习第一题编程

北航数值分析计算实习第一题编程

i − t + s +1,t t − k + s +1, k t = max(1,i − r ,k − s )
∑c
c
) / cs +1, k
[i = k + 1, k + 2,⋯ , min( k + r , n); k < n]
(2) 求解 Ly = b,Ux = y (数组 b 先是存放原方程右端向量,后来存放中间向量 y)
0 b a2
b c
c b a3 b c
⋯ ⋯ ⋯ ⋯ ⋯
c b a499 b c
c b a500 b 0
c ⎤ b ⎥ ⎥ a501 ⎥ ⎥ 0 ⎥ 0 ⎥ ⎦
在数组 C 中检索矩阵 A 的带内元素 aij 的方法是: A 的带内元素 aij =C 中的元素 ci − j + s +1, j
2
数值分析计算实习题目一
i −1
bi := bi −
பைடு நூலகம்
i − t + s +1,t t t = max(1,i − r )
∑c
b
(i = 2,3,⋯ , n)
xn := bn / cs +1, n
min( i + s )
xi := (bi −
t = i +1
∑c
i −t + s +1,t t
x ) / cs +1,i
(i = n − 1, n − 2,⋯ ,1)
3、Doolittle 分解求解 n 元带状线性方程组(doolittle()函数)
按照上述对带状矩阵 A 的存储方法和元素 aij 的检索方法,并且把三角分解的结果 ukj 和 lik 分 别存放在 akj 和 aik 原先的存储单元内,那么用 Doolittle 分解法求解 n 元带状线性方程组的算法 可重新表述如下(其中“:=”表示赋值) : (1) 作分解 A = LU 。 对于 k=1,2, ……,n 执行

数值分析上机实习报告

数值分析上机实习报告

数值分析上机实习报告目录1.问题一 (1)问题一重述 (1)秦九韶算法简介 (1)问题一算法实现 (1)问题一求解 (1)2.问题二 (2)问题二重述 (2)逐次超松弛迭代法(SOR法)简介 (2)问题二算法实现 (3)问题二求解 (3)3.问题三 (4)问题三重述 (4)最小二乘拟合多项式与拉格朗日插值多项式简介 (4)3.2.1最小二乘拟合多项式简介 (4)3.2.2拉格朗日插值简介 (5)问题三算法实现 (5)3.3.1多项式拟合算法 (5)3.3.2拉格朗日插值算法 (6)问题三求解 (6)3.4.1最小二乘多项式拟合结果 (6)3.4.2拉格朗日插值结果 (8)问题三评判 (9)3.5.1问题三评判方式 (9)3.5.2问题三评判结果 (9)4.总结与体会 (10)5.附录 (11)1. 问题一问题一重述利用秦九韶算法简化求多项式1110n n n n x a x a y x a a --=++++的值的运算式,并写程序计算多项式42352x y x x =--+在1x =-点处的值。

秦九韶算法简介121210...n n n n y a x a x a x a x a --=+++++化为以下形式:1210(...(())...)n n n y a x a x a x a x a --=+++++求多项式值时先计算内层括号内的一次多项式的值,然后由内向外逐层计算一次多项式的值,即:11n n v a x a -=+212n v v x a -=+ …1k k n k v v x a +-=+…10n n v v x a -=+ 问题一算法实现Step1:输入多项式的降次排列的系数矩阵,某次缺失的系数用零补充之;Step2:计算表达式1v ,按递推1k k n k v v x a +-=+公式,一直计算到表达式n v ,表达式n v 即为所求秦九韶表达式;Step3:输入x 的值;Step4:计算1v ,按递推1k k n k v v x a +-=+公式,一直计算到n v 的值,n v 的值即为x 处多项式的值。

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北航数值分析计算实习报告一————————————————————————————————作者:————————————————————————————————日期:北京航空航天大学《数值分析》计算实习报告第一大题学院:自动化科学与电气工程学院专业: 控制科学与工程学生姓名:学号:教师:电话:完成日期: 2015年11月6日北京航空航天大学Beijing University of Aeronautics and Astronautics实习题目:第一题 设有501501⨯的实对称矩阵A ,⎥⎥⎥⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎢⎢⎢⎣⎡=5011A a b c b c c b c b a其中,064.0,16.0),501,,2,1(64.0)2.0sin()024.064.1(1.0-==⋅⋅⋅=--=c b i e i i a ii 。

矩阵A 的特征值为)501,,2,1(⋅⋅⋅=i i λ,并且有||min ||,501150121i i s λλλλλ≤≤=≤⋅⋅⋅≤≤1.求1λ,501λ和s λ的值。

2.求A的与数4015011λλλμ-+=kk 最接近的特征值)39,,2,1(⋅⋅⋅=k k i λ。

3.求A的(谱范数)条件数2)A (cond 和行列式d etA 。

说明:1.在所用的算法中,凡是要给出精度水平ε的,都取12-10=ε。

2.选择算法时,应使矩阵A 的所有零元素都不储存。

3.打印以下内容: (1)全部源程序;(2)特征值),,39,...,2,1(,s 5011=k k i λλλλ以及A det ,)A (cond 2的值。

4.采用e 型输出实型数,并且至少显示12位有效数字。

一、算法设计方案1、求1λ,501λ和s λ的值。

由于||min ||,501150121i i s λλλλλ≤≤=≤⋅⋅⋅≤≤,可知绝对值最大特征值必为1λ和501λ其中之一,故可用幂法求出绝对值最大的特征值λ,如果λ=0,则1λ=λ,否则501λ=λ。

将矩阵A 进行一下平移:I -A A'λ=(1)对'A 用幂法求出其绝对值最大的特征值'λ,则A的另一端点特征值1λ或501λ为'λ+λ。

s λ为按模最小特征值,||min ||5011i i s λλ≤≤=,可对A 使用反幂法求得。

2、求A 的与数4015011λλλμ-+=kk 最接近的特征值)39,...,2,1(=k k i λ。

计算1)1,2,...,50=(i i λ-k μ,其模值最小的值对应的特征值k λ与k μ最接近。

因此对A 进行平移变换:)39,,2,1k -A A k k ==(I μ(2)对k A 用反幂法求得其模最小的特征值'k λ,则k λ='k λ+k μ。

3、求A的(谱范数)条件数2)(A cond 和行列式det A。

由矩阵A为非奇异对称矩阵可得:||)(min max2λλ=A cond(3)其中max λ为按模最大特征值,min λ为按模最小特征值,通过第一问我们求得的λ和s λ可以很容易求得A 的条件数。

在进行反幂法求解时,要对A 进行LU 分解得到。

因L 为单位下三角阵,行列式为1,U为上三角阵,行列式为主对角线乘积,所以A 的行列式等于U 的行列式,为U 的主对角线的乘积。

二、 算法实现1、矩阵存储原矩阵A为一个上、下半带宽都为2的501×501的带状矩阵,由于矩阵中的0元素太多,如果分配一个501×501的空间保存矩阵的话会浪费很多空间。

因此,为了节省存储量,A的带外元素不给存储,值存储带内元素,如下C 矩阵所示:⎥⎥⎥⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎢⎢⎢⎣⎡=000000501500499321cc cc b b b b b a a a a a a b b b b b c c c cC (4) C 是一个5×501的矩阵,相比A 大大节省了存储空间,在数组C 中检索矩阵A 的带内元素ij a 的方法是:j 1,s j -i c a A ++=中的元素的带内元素C ij (5)2、幂法幂法迭代公式如下:⎪⎪⎪⎩⎪⎪⎪⎨⎧====∈-------kT k k k k k k k u y Ay u u y u u 111k 11211k n0/R βηη任取非零向量 ﻩ ﻩ (6) 其中λβ=∞→k k lim ,不断迭代当εβββ≤--||/||1k k k 时即可认为其满足精度要求,令k βλ=。

在程序中计算1u -=k k Ay 时,根据A 矩阵的特点,简化如下:⎪⎪⎪⎪⎩⎪⎪⎪⎪⎨⎧⋅⋅⋅=+++++-+-=++=+++=+++=++=)499,,3()2()1()()()1()2()()501()500()499()501()501()500()499()498()500()4()3()2()2(C )1()2()3()2()1(C )1(]][3[]501][3[]500][3[]2][3[]1][3[i i cy i by i y i C i by i cy i u y C by cy u by y C by cy u cy by y by u cy by y u i (7)3、反幂法反幂法迭代公式如下:⎪⎪⎪⎩⎪⎪⎪⎨⎧====∈-------kT k k k k k k k u y y Au u y u u 111k 11211k n0/R βηη任取非零向量 ﻩﻩ ﻩ (8)当k 足够大时,kβλ1s ≈。

在求解1-=k k y Au 时,可先对A 进行D ool it tl e分解,由于A 是带状结构,所以分解出的L 、U也是带状结构,利用C矩阵进行Dool it tle分解并求向量k u 的算法如下: (1)作分解A=L U ﻩ 对于n ,,2,1k =执行:)],min(,,2,1[/)(:)],min(,,1,[:,11),,1max(,1,1,1,11),,1max(,1,1,1,1n r k k k i c ccc c n s k k k j ccc c ks k s k r i t k s k t t s t i k s k i k s k i k s j r k t js j t t s t k j s j k j s j k +++=-=++=-=+---=++-++-++-++----=++-++-++-++-∑∑(9)由于C语言中数组下标是从0开始的,所以在程序中矩阵元素c 的下标都减1。

(2)求解y Ux b Ly ==,(数组b先是存放原方程组右端向量,后来存放中间向量y ,在程序中b 和y都保存在数组y[501]中。

))1,,2,1(/)(/),,3,2(,1),min(1,1,11),1max(,1 --=-===-=+++=++-+--=++-∑∑n n i c x cb xc b x n i b cb b i s tn s i i t t s t i i i ns n n i r i t tt s t i i i (10)求出k u 后,其他部分与幂法求解相同。

ﻬ三、结果分析实验表明,本程序中,初始向量[]Tu u u u 501211501,,, =⨯对结果影响较大,合适的初始向量对得到正确的收敛结果比较重要,如表1是不同初始向量的情况下的得到的部分结果。

(实验结果截图见附录)1501⨯u1λ迭代次数501λ迭代次数 11=u000370809810853.2-+e159 000787246340993.9+e381 121==u u000e 380809810853.2-+160 000787246340993.9+e381 14001===u u000962085531594.9-+e535 000087246340989.9+e57314611===u u000659539789789.9-+e350 000407246340988.9+e592 14621===u u001509.0700113611-+e674 000727246340987.9+e6111462=u 001502.0700113611-+e311 000727246340987.9+e611 1481=u001501.0700113611-+e304 000727246340987.9+e6111501462===u u001502.0700113611-+e343 000727246340987.9+e611 15011===u u001502.0700113611-+e343 000727246340987.9+e611 []T 501,,2,1001502.0700113611-+e343 000727246340987.9+e611表1 不同初始向量对应的1λ和501λ及其迭代次数由表1可以得到如下结论:1. 不同的初始向量对本程序的1λ影响大,对501λ没有影响,都能保证收敛到正确值。

2. 初始向量中必须保证501462~u u 中至少有一个为1才能保证1λ收敛到正确值。

3. 初始向量非零值的多少和大小对迭代次数并没有明显影响。

4. 为解决初始向量对程序的影响,可以先对A 做平移变换再求1λ。

四、实验程序#in clude <st dio.h>#i nclude <mat h.h> #i ncl ude <stdl ib.h>static double b=0.16,c=-0.064; #define P recision 1e-12void copy (doub le b[501],dou bl e y[501]);doubl e dianji (dou ble x[],doubl e y[]);//计算两个向量内积 voi d InitMatri x(double *p );//Init Matrix A doubl e NeiJi(dou ble a[],doubl e b[]);//ge t 2范数 voi d g et_y(d ou ble *y,doubl e *u);//g et y void get _u(dou ble *u ,do uble *y,double *a);//get u void I nitu(doubl e *p);//初始化初始向量udoubl e Ge t_Fa bs_Eigen value(dou bl e *a,double *u ,in t *it era ti on s);//循环迭代得到绝对值最大特征值void A_sub_minI(doubl e *a,doub le min );//A-mi n*I void InitC (do ub le C[5][501]);//初始化数组Cvoid Doolit tleC(double C[5][501],in t n,int s ,int r);//进行Doolit tle分解 i nt m in(int a ,int b );//取返回a,b 最小值 in t m ax(int a,i nt b);//求最大值voi d Dool ittle_getx(double C[5][501],dou ble y[501],double u[501],int n ,in t s,int r);dou ble G et_min_Eigenva lue(dou ble C[5][501],dou ble *u ,int n ,int s,i nt r,int*iterations);double detA(double C[5][501]);//求A的行列式structFinalValue{doublemin;//特征值最小值ﻩdouble max;//特征值最大值doubleabs_min;//模最小特征值ﻩdouble abs_max;//模最大特征值ﻩdouble detA;//A的行列式ﻩdouble cond2;//A的条件数ﻩint min_iterations;//最小值迭代次数int max_iterations;//最大值迭代次数int abs_min_iterations;//求绝对值最小的迭代次数};intmain(){ﻩﻩFinalValue main_num= {0,0,0,0};double temp;//两值交换中间变量ﻩinttemp1;ﻩdoubleu[501]={0};//,y[501];//为u0赋初值doubleNorm_u=0;//范数ﻩdoubleC[5][501]= {0};InitC(C);//初始化Cﻩint i=0,*iterations;Initu(u);iterations = &main_num.min_iterations;main_num.min = Get_Fabs_Eigenvalue(C[2],u,iterations);//将求得的绝对值最大特征值放到min变量中ﻩmain_num.abs_max =main_num.min;A_sub_minI(C[2],main_num.min);for(i=0;i<501;i++)ﻩu[i]=i+1;ﻩiterations= &main_num.max_iterations;main_num.max =Get_Fabs_Eigenvalue(C[2],u,iterations);//将求得的绝对值最大特征值放到min变量中ﻩmain_num.max+= main_num.min;ﻩif(main_num.min>main_num.max)ﻩ{ﻩﻩtemp =main_num.min;ﻩﻩmain_num.min= main_num.max;main_num.max = temp;ﻩﻩtemp1 =main_num.min_iterations;ﻩﻩmain_num.min_iterations = main_num.max_iterations;main_num.max_iterations = temp1;}ﻩprintf("最小特征值为:%.12e,迭代次数为:%d\n",main_num.min,main_num.min_iterations);ﻩprintf("最大特征值为:%.12e,迭代次数为:%d\n",main_num.max,main_num.m ax_iterations);ﻩ/**********************************//*以下利用反幂法求解模最小的特征值*//**********************************/ﻩInitC(C);//初始化CInitu(u);DoolittleC(C,501,2,2);ﻩmain_num.detA = detA(C);ﻩiterations = &main_num.abs_min_iterations;ﻩmain_num.abs_min = Get_min_Eigenvalue(C,u,501,2,2,iterations);ﻩmain_num.cond2 = fabs(main_num.abs_max/main_num.abs_min);ﻩprintf("绝对值最小特征值为:%.12e,迭代次数为:%d\n",main_num.abs_min,main_num.abs_min_iterations);ﻩprintf("A的行列式为:%.12e;",main_num.detA);ﻩprintf("A的条件数cond(A)2为:%.12e\n",main_num.cond2);/**********************************************/ﻩ/*以下利用反幂法求与数列Uk中元素最相近的特征值*/ﻩ/**********************************************/ﻩdouble Uk[39];//保存Uk的值并保存与Uk[i]最接近的λdouble B[39];ﻩintdiedai;iterations=&diedai;for(i=1;i<=39;i++){ﻩUk[i-1]=main_num.min + i*(main_num.max -main_num.min)/40;InitC(C);Initu(u);ﻩfor(int j=0;j<501;j++)ﻩC[2][j] -=Uk[i-1];ﻩDoolittleC(C,501,2,2);ﻩB[i-1] = Get_min_Eigenvalue(C,u,501,2,2,iterations);ﻩﻩB[i-1]+=Uk[i-1];printf("μ%-2d=%-3.12e,与μ%-2d最相近的特征值λ=%-3.12e\n",i,Uk[i-1],i,B[i-1]);}return 0;}double detA(double C[5][501])int i =0;double e =1;for(i =0;i<501;i++)ﻩe*=C[2][i];return e;}void InitMatrix(double *p){for(int i=1;i<=501;i++){*p=(1.64-0.024*i)*sin(0.2*i)-0.64*exp(0.1/i); ﻩp++;}}void Initu(double *p){for(int i=1;i<=501;i++)ﻩ{if(i<=500)ﻩ*p=0;else*p=1;ﻩp++;}// *p=1;}voidA_sub_minI(double *a,double min){ﻩfor(int i=1;i<=501;i++)ﻩ{ﻩ*a=*a-min;ﻩﻩa++;ﻩ}}double NeiJi(double *a,double*b){double e=0.0;ﻩfor(inti=0;i<501;i++)ﻩ{e=e+(*a)*(*b);a++;ﻩb++;ﻩreturn e;}void get_y(double *y,double*u){ﻩdouble Norm_u=sqrt(NeiJi(u,u));ﻩfor(int i=0;i<501;i++){ﻩ*y=*u/Norm_u;ﻩﻩy++;ﻩu++;}}voidget_u(double *u,double *y,double*a){ﻩu[0]=a[0]*y[0]+b*y[1]+c*y[2];ﻩu[1]=b*y[0]+a[1]*y[1]+b*y[2]+c*y[3];ﻩfor(int i=2;i<499;i++)u[i]=c*y[i-2]+b*y[i-1]+a[i]*y[i]+b*y[i+1]+c*y[i+2];ﻩu[499]=c*y[497]+b*y[498]+a[499]*y[499]+b*y[500];u[500]=c*y[498]+b*y[499]+a[500]*y[500];}void InitC(doubleC[5][501]){int i;ﻩfor(i = 2;i < 501;i++)ﻩ{ﻩC[0][i]= -0.064;ﻩﻩC[4][i-2]=-0.064;}ﻩfor(i = 1;i < 501;i++)ﻩ{ﻩC[1][i]= 0.16;ﻩC[3][i-1] = 0.16;}ﻩfor(i= 1;i <= 501;i++){ﻩﻩC[2][i-1]=(1.64-0.024*i)*sin(0.2*i)-0.64*exp(0.1/i);ﻩ}ﻩ}double Get_Fabs_Eigenvalue(double *a,double*u,int *iterations)double y[501],B_k0=0,B_k1=0;double wucha;int i=0;while(1){ﻩ++i;ﻩget_y(y,u);ﻩﻩget_u(u,y,a);ﻩB_k1=NeiJi(y,u);//是否判断B_K1是否为0?wucha=(fabs(B_k1-B_k0))/(fabs(B_k1));//get wuchaﻩif(wucha<=Precision)break;ﻩﻩelseif(i>10000)ﻩﻩ{ﻩﻩprintf("迭代次数超长,请更改初始向量\n");ﻩﻩbreak;ﻩ}ﻩelse B_k0 =B_k1;}ﻩ*iterations =i;ﻩreturn B_k1;}double Get_min_Eigenvalue(doubleC[5][501],double *u,int n,int s,int r,int *iterations){ﻩdouble y[501] ={0},B_k0=0,B_k1=0;doubleb[501] ={0};//储存y值的中间向量double wucha;int i=0;while(1)ﻩ{ﻩ++i;get_y(y,u);ﻩﻩcopy(b,y);//保护y向量ﻩDoolittle_getx(C,y,u,501,2,2);ﻩcopy(y,b);B_k1=NeiJi(y,u);//是否判断B_K1是否为0?wucha=(fabs(1/B_k1-1/B_k0))/(1/fabs(B_k1));//get wucha //wucha=(fabs(B_k1-B_k0))/(fabs(B_k1));//get wuchaﻩﻩif(wucha<=Precision)break;ﻩﻩelse if(i>10000)ﻩ{ﻩprintf("迭代次数超长,请更改初始向量\n");ﻩbreak;ﻩﻩ}else B_k0 =B_k1;ﻩ}ﻩ*iterations =i;return(1/B_k1);}void Doolittle_getx(doubleC[5][501],double y[501],double u[501],int n,int s,int r){ﻩint i,t;ﻩdouble e;for(i =2;i <=n;i++)ﻩ{ﻩ e = 0;ﻩfor(t =max(1,i-r);t <= i-1;t++)ﻩ{ﻩe+=C[i-t+s+1-1][t-1]*y[t-1];ﻩ}ﻩy[i-1] -=e;ﻩ}ﻩu[n-1] = y[n-1]/C[s+1-1][n-1];ﻩfor(i = n-1;i>=1;i--)ﻩ{ﻩe = 0;ﻩﻩfor(t= i+1;t<=min(i+s,n);t++)ﻩe+= C[i-t+s+1-1][t-1]*u[t-1];ﻩﻩu[i-1] = (y[i-1]- e)/C[s+1-1][i-1];ﻩ}}void copy(double b[501],doubley[501]){for(int i=0;i<501;i++)ﻩ{ﻩb[i] = y[i];ﻩ}}voidDoolittleC(doubleC[5][501],int n,int s,int r){intk,j,i,t;doublee;ﻩfor(k = 1;k <= n;k++)ﻩ{for(j =k;j <=min(k+s,n);j++)ﻩ{ e = 0;ﻩﻩfor(t = max(max(1,k-r),j-s);t <=k-1;t++){ﻩﻩﻩe= e+ C[k-t+s+1-1][t-1]*C[t-j+s+1-1][j-1];}ﻩC[k-j+s+1-1][j-1] = C[k-j+s+1-1][j-1] - e;ﻩﻩ}ﻩif(k==n)ﻩbreak;for(i =k+1;i <= min(k+r,n);i++)ﻩﻩ{ e=0;ﻩﻩﻩfor(t = max(max(1,i-r),k-s);t <=k-1;t++)ﻩ{ﻩe= e + C[i-t+s+1-1][t-1]*C[t-k+s+1-1][k-1];ﻩ}ﻩﻩﻩC[i-k+s+1-1][k-1] = (C[i-k+s+1-1][k-1] -e)/C[s+1-1][k-1];}ﻩ}}intmin(inta,int b){if(a<b)ﻩreturn a;ﻩelsereturn b;}int max(int a,intb){ﻩif(a>=b)ﻩﻩreturn a;elsereturn b;}附录:部分实验程序截图1、[]T u 1,,1,15011 =⨯2、[]Tu 501,,2,11501 =⨯3、[]T u 0,,0,11501 =⨯4、[]T u 1,0,,01501 =⨯5、ﻬ[]T u 0,0,1,11501 ,=⨯ﻬ6、146121====u u u7、140021====u u u8、另14621===u u ,其余都为09、1462=u ,其余为010、1501462===u u ,其余为011、1481 u ,其余为0。

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