数值分析论文 (16)
数值分析论文2

数值分析在水文地质中的应用摘要:本文通过运用数值分析中线性方程组的直接解法,解决水文地质中具体的问题,本文将地下水的流动的情况通过数学模型将其演示出来,再运用MATLAB 求出地下水的各个参数。
关键词:地下水;追赶法 ;MATLAB 。
1序言数值分析是研究各种数学问题求解的数值计算方法,许多实际问题都需要运用数值分析的各种算法来求解,同时联系计算机各种软件来实现解答。
在水文地质中,地下水的流动很难描述,通过地下水的数值模拟将河流描述,运用数值分析的方法运用MATLAB 实现。
2实际问题描述考察通过x=0和x=L 处的长且直的河流为界的承压含水层,如下图,该含水层均质各向同性,顶底板水平,上覆弱透水层,垂向补给强度为W (x ),两河流边界的水位分别为ψ1和ψ2,且不随时间变化。
首先,沿河流的方向取单宽作为计算区,并对计算区进行剖分,即江河间距L 剖分成N 等分,则空间步长为Δx=L/N 。
其次,在网格分割线上任取一点作为节点,节点编号由左向右依次为0,1,……i ,……N 。
任一节点i 的坐标为i Δx ,水位为H i ,已知节点0的水位为ψ1,节点N 的水位为ψ2。
L=800m, ψ1=10m, ψ2=5m,W=0.004m/d,T=100m 2/d.若取Δx=100m 即N=L/Δx=8,则共有9个节点,编号依次为0,1,……8,其中节点1,2,……7的水头是待求值。
从而求1122)2(2)(ϕϕϕ++-+-=TWLL x T W x H3数学模型的建立建立数学模型:⎪⎪⎩⎪⎪⎨⎧==≤≤=+∂∂==21022)()()0(0)(ϕϕL x x x H x H L x x W x HT 以剖分为基础,针对节点i 建立差分方程:())()(2)()()(22x O x x H x x H x x H x H ∆+∆-∆-+∆+=)()()()(2)(2222x O x x x H x H x x H x H x∆+∆∆++-∆-=∂∂ 式中:H (x+Δx )、H(X)、H (x+Δx )在这里分别相当于节点i-1、i 、i+1的水头,用H i-1、H i 、H i+1表示,则)()(2221122x O x H H H x H i i i x∆+∆+-=∂∂+-这里将舍去余项)(2x O ∆,并以i H _表示节点i 的水头H i 的近似值,则有21__1_22)(2x H H H x H i i i x∆+-=∂∂+- 成立。
数值分析毕业论文

数值分析毕业论文数值分析毕业论文数值分析是一门研究利用计算机和数学方法解决实际问题的学科。
在现代科学和工程领域中,数值分析扮演着重要的角色。
数值分析毕业论文是数值分析专业学生完成学业的重要组成部分,也是展示他们研究能力和学术水平的重要机会。
一、选题数值分析毕业论文的选题是非常重要的。
一个好的选题能够体现学生的研究兴趣和专业知识,并且具备一定的研究价值和实际应用意义。
选题应该能够解决实际问题或者填补学术空白,同时也要符合自身的研究能力和时间限制。
二、文献综述在开始撰写毕业论文之前,进行文献综述是必不可少的。
文献综述可以帮助学生了解当前研究的最新进展和研究方向,从而确定自己的研究方向和方法。
通过对相关文献的阅读和分析,学生可以了解前人的研究成果和不足之处,为自己的研究提供借鉴和启示。
三、问题陈述在毕业论文中,学生需要清晰地陈述自己研究的问题和目标。
问题陈述应该明确、简洁,并且具备一定的可行性和独创性。
学生需要解释为什么选择这个问题,并且说明解决这个问题的重要性和意义。
问题陈述是整个毕业论文的基础,也是读者了解研究内容的入口。
四、理论分析在毕业论文中,学生需要对所研究的问题进行理论分析。
理论分析是通过数学模型和方法来解决问题的过程。
学生需要运用数值分析的理论知识和方法,对问题进行建模和分析,并且给出相应的数学推导和证明。
理论分析是毕业论文的核心部分,也是学生研究能力的体现。
五、数值实验除了理论分析,毕业论文还需要进行数值实验。
数值实验是通过计算机模拟和仿真来验证理论分析的结果和方法的有效性。
学生需要编写相应的数值算法和程序,进行计算和分析,并且对结果进行解释和讨论。
数值实验是将理论知识应用到实际问题中的过程,也是毕业论文的重要组成部分。
六、结果讨论在毕业论文中,学生需要对数值实验的结果进行讨论和分析。
学生应该解释结果的意义和影响,并且与前人的研究成果进行比较和对比。
学生还可以提出自己对结果的解释和看法,并且指出研究中存在的不足之处和改进的方向。
多功能护理翻身床 数值分析小论文

题目:多功能翻身床设计中的解线性方程组迭代法的研究算法:jacobi迭代法组号:5组员:王友松、宋国华、蒋晓、席薇、张金亮、张树祺、陈世超、贾涛多功能翻身床设计中的解线性方程组迭代法的研究王友松1宋国华蒋晓席薇(河南理工大学机械与动力工程学院,河南焦作454003)摘要:在一种能够实现侧翻、曲腿和支背三种动作的多功能自动翻身床的运动机构设计中,其中最关键的步骤是铰链四杆机构设计,它需要根据实际要求计算出机构的杆长。
在本文中用matlab软件里的解线性方程组的Jacobi算法程序对实验数据进行运行求解,求出各个杆长。
根据求得的各杆长度,得出速度及加速度变化规律,和验证了双摇杆机构和曲柄机构成立的条件。
证明理论计算的准确性,和整个设计方案的可行性和有效性。
关键词:护理床;jacobi算法;matlab;杆件长度;双摇杆机构Multi function bed design in the solution of linear equations of iterative methodWang Yousong Song Guohua Jiang Xiao Xi Wei( Henan Polytechnic University School of mechanical and power engineering, Henan Jiaozuo 454003 )Abstract:The method can achieve rollover, legs and back supporting three movements of multi function automatic turn-over bed movement mechanism design, one of the most critical step is the hinge four bar mechanism design, it needs to be calculated according to the actual requirements of body length. In this paper using MATLAB software in the solution of linear equations of the Jacobi algorithm the experimental data were run to solve, and every rod length. According to the obtained the rod length, the speed and acceleration variation, and validation of the double rocker mechanism and crank mechanism set up conditions. To prove the theory calculation accuracy, and the whole design scheme is feasible and effective.Key words: Nursing bed; Jacobi algorithm; MA TLAB; rod length; double rocker mechanism0.问题背景老龄化社会的提前到来和“空巢家庭”的日趋增多,使得越来越多的老年人“照顾缺位”。
数值分析论文

齐齐哈尔大学《模糊数学》课程作业题目学院理学院专业班级信息与计算科学121班学生姓名杨志鹏课程作业成绩:2014年12月20日摘要高等学校助学金等级主要依据对学生家庭经济困难认定来评定的。
随着我国经济的发展,国家对高等学校贫困生助学金资助力度和覆盖面的加大,出现了给与不给助学金相差悬殊。
此外,家庭经济困难学生认定工作包含了太多的因素,而当前我国高校已经有的认定方法主要是定性的而不是定量的方法,这种方法存在一定程度的主观因素过强、信息不对等问题,不能解决出现的新问题。
目前各高校对贫困生认定方法主要有三类,横向比较界定法、消费水平界定方法和最低生活保障线比照界定法。
基于我国高校实践,共有十种具体认定方法,分别为三级证明法、相关困难证件法、班主任和辅导员评判、班委会选举产生、通过家庭经济情况直接认定、消费水平和饭卡监控法、居民最低生活保障线界定、根据贫困程度区分、署期家访和家庭问卷调研、设定贫困认定组、定期复查和抽查确立地方高等院校奖助学金评定中贫困生认定的量化模式,即在奖助学金评定中设定家庭贫困程度、学习成绩、德育表现和生活节俭程度四个指标,并对指标进行量化,然后对指标进行综合,该贫困生认定资助量化模式克服了评定人员的主观偏差,其操作简单易行、结果客观公正,具有较好的适用和推广价值。
关键词:助学金;模糊评价法;评定;应用模型的建立通过数学模型的方法帮助解决贫困生等级评定问题,将贫困生等级评定问题由定性转化为定量以使贫困生等级界定易于区分、评定工作易于实施,使资助政策更好地落实,充分体现“公平、公开、公正”的原则。
基于此,贫困生等级的判定可归为两大问题,问题一是建立合理的数学模型,定量化求出因素集中每个因素的影响程度,即因子权重矩阵。
因子权重的计算可以使用层次分析法,但是在本文中涉及的数据较多,考虑到本题中数据数据量大,可以从中随机抽样,随机抽样所得的数据近似服从正态分布,然后对样本进行直觉法评定样本中的贫困生等级,评定结果主要是用模糊数学统计法计算因素集的隶属度,与最后贫困生等级综合评定无关。
数值分析论文

《数值分析与科学计算概述》研究第一章对象描述一、数值分析与科学计算的概念科学计算即数值计算,科学计算是指应用计算机处理科学研究和工程技术中所遇到的数学计算。
在现代科学和工程技术中,经常会遇到大量复杂的数学计算问题,这些问题用一般的计算工具来解决非常困难,而用计算机来处理却非常容易。
科学计算是一门工具性、方法性、边缘性的学科,发展迅速,它与理论研究和科学实验成为现代科学发展的三种主要手段,它们相辅相成又互相独立,在实际应用中导出的数学模型其完备形式往往不能方便地求出精确解,于是只能转化为简化模型求其数值解,如将复杂的非线性模型忽略一些因素而简化为可以求出精确解的线性模型,但这样做往往不能满足近似程度的要求,因此使用数值方法直接求解做较少简化的模型,可以得到满足近似程度要求的结果,使科学计算发挥更大的作用。
自然科学规律通常用各种类型的数学方程式表达,科学计算的目的就是寻找这些方程式的数值解。
这种计算涉及庞大的运算量,简单的计算工具难以胜任。
在计算机出现之前,科学研究和工程设计主要依靠实验或试验提供数据,计算仅处于辅助地位。
计算机的迅速发展,使越来越多的复杂计算成为可能。
利用计算机进行科学计算带来了巨大的经济效益,同时也使科学技术本身发生了根本变化:传统的科学技术只包括理论和试验两个组成部分,使用计算机后,计算已成为同等重要的第三个组成部分。
数值分析也称计算方法,它与计算工具发展密切相关。
是研究分析用计算机求解数学计算问题的数值计算方法及其理论的学科,是数学的一个分支,它以数字计算机求解数学问题的理论和方法为研究对象。
为计算数学的主体部分。
在电子计算机出现以前,计算工具只有算盘,算图,算表和手摇及电动计算机。
计算方法只能计算规模较小的问题。
数值分析的任务是研究求解各类数学问题的数值方法和有关理论的学科。
数值分析的过程为构造算法、使用算法、分析算法。
数值分析是研究数值问题的算法,概括起来有四点:第一,面向计算机,要根据计算机的特点提供切实可行的计算方法。
《数值分析论》word版

成绩评定表课程设计任务书现如今几乎所有学科都走向定量化和精确化,从而产生了一系列计算性的学科分支,如计算物理、计算化学、计算生物学、计算地质学、计算气象学和计算材料学等,计算数学中的数值计算方法则是解决“计算”问题的桥梁和工具。
我们知道,计算能力是计算工具和计算方法的效率的乘积,提高计算方法的效率与提高计算机硬件的效率同样重要。
科学计算已用到科学技术和社会生活的各个领域中。
数值分析也称计算科学,是数学科学的一个分支,它研究用计算机求解各种数学问题的数值计算方法及理论与软件实现,用计算机求解科学技术问题通常经历一下步骤:1、根据实际问题建立数学模型2、由数学模型给出数值计算方法3、根据计算方法编制算法程序(数学软件)在计算机上算出结果数值计算方法是一种利用计算机解决数学问题的数值近似解方法,特别是无法用人工过计算器计算的数学问题。
数值计算方法常用于矩阵高次代数方程矩阵特征值与特征向量的数值解法,插值法,线性方程组迭代法,函数逼近,数值积分与微分,常微分方程初值问题数值解等。
通过数值计算方法与实验将有助于我们理解和掌握数值计算方法基本理论和相关软件的掌握,熟练求解一些数学模和运算。
并提高我们的编程能力来解决实际问题,论文用到了LU分解法,拉格朗日数值法求解,龙贝格求积公式,Runge-Kutta方法,最小二乘法。
关键词:数值分析;LU分解法;最小二乘法实验一 LU解法解线性方程组 (1)1.1实验目的与要求 (1)1.2实验基本原理 (1)1.3数据来源与求解 (2)1.4实验结论 (5)实验二拉格朗日插值法数值求解 (5)2.1实验目的与要求 (5)2.2实验的基本原理 (5)2.3数据来源与求解 (6)2.4实验结论 (7)实验三龙贝格求积公式求数值积分 (7)3.1实验目的与要求 (7)3.2实验基本原理 (7)3.3数据来源与求解 (8)3.4实验结论 (10)实验四用Runge-Kutta方法求常微分方程数值解 (11)4.1实验目的与要求 (11)4.2实验基本原理 (11)4.3数据来源与求解 (12)4.4实验结论 (13)实验五最小二乘法拟合温度问题 (14)5.1实验目的 (14)5.2实验原理 (14)5.3数据来源与求解 (15)5.4实验结论 (16)心得体会 (17)参考文献 (18)实验一 LU 解法解线性方程组1.1实验目的与要求1了解LU 解法以及求解线性方程组的基本原理 2了解什么样的问题可以用LU 分解求解 3在MATLAB 软件上实现LU 分解的过程 4能够用LU 分解法求解现实问题1.2实验基本原理1.若一个线性方程组系数矩阵为n 阶方阵A 且各阶顺序主子式均不为0则A 的LU 分解存在且唯一。
数值分析小论文

基于ABAQUS软件的混凝土柱的有限元分析摘要:有限元法是工程分析中广泛应用的数值计算方法,由于它的通用性和有效性,受到工程技术界的高度重视。
ABAQUS 软件是国际上公认的最好的CAE大型通用分析软件之一。
本文对有限单元法进行简单介绍并采用ABAQUS软件分析一混凝土柱的受力问题。
关键词:ABAQUS,混凝土柱,有限元分析1 有限元理论概述1.1 有限元法基本思想有限元法的基本思想是将连续的求解区域离散为一组有限个、且按一定方式相互联结在一起的单元组合体。
由于单元能按不同的联结方式进行组合,且单元本身可以有不同形状,因此可以模型化几何形状复杂的求解区域。
有限元法作为数值分析方法的一个重要特点是利用在每一个单元内假设的近似函数,分片地表示全求解域上待求的未知场函数,单元内的近似函数通常由未知场函数或其导数在单元的各个节点的数值和其插值函数表达。
这样,一个问题的有限元分析中,未知场函数或其导数在各个节点上的数值就成为新的未知量(即自由度),从而使一个连续的无限自由度问题变成离散的有限自由度问题。
一经求解出这些未知量,就可通过插值函数计算出各个单元内场函数的近似值,从而得到整个求解域上的近似解。
显然,随着单元数目的增加,即单元尺寸的缩小,或者随着单元自由度的增加及插值函数精度的提高,解的近似程度将不断改进,如果单元是满足收敛要求的,近似解最后将收敛于精确解。
1.2 有限元法分类1.2.1 线弹性有限元法线弹性有限元法以理想弹性体为研究对象,所考虑的变形建立在小变形假设的基础上。
在这类问题中,材料的应力与应变呈线性关系,满足广义胡克定律;应变与位移也是线性关系。
线弹性有限元问题归结为求解线性方程组问题,所以只需要较少的计算时间。
如果采用高效的代数方程组求解方法,也有助于降低有限元分析的时间。
线弹性有限元一般包括线弹性静力分析与线弹性动力分析两个主要内容。
学习这些内容需具备材料力学、弹性力学、结构力学、数值方法、矩阵代数、算法语言、振动力学、弹性动力学等方面的知识。
数值分析小论文 土木工程学院-常微分方程数值解法

题目:常微分方程数值解法在钢筋混凝土梁变形分析的应用算法:常微分方程数值解法组号:第9组组员:马宁涛邵鹏飞王丽君申陆林郭娜王倩聂广虎常微分方程数值解法在钢筋混凝土梁变形分析的应用邵鹏飞,马宁涛,申陆林,聂广虎(河南理工大学土木工程学院河南焦作454003)摘要:为了获得钢筋混凝土梁变形的规律,运用常微分方程数值解法,使用Matlab数值分析软件,根据实验数据对均布荷载集度在简支梁上不同位置所产生的弯矩值和挠度值的关系进行了函数分析,得出在保证梁的强度及其安全变形条件下,找到梁上最危险点,并提出了相关的措施建议。
结果表明:简支梁的位置中点处即为梁上最薄弱、危险位置。
这个规律可以有针对性的对钢筋混凝土梁进行加固处理提供理论依据,使梁具有更强的耐久性、抗拉及抗压性。
关键词:Matlab;材料力学;结构力学;数值分析;裂缝Using the Numerical Method for Ordinary Differential Equations to Distort the Analysis Application In the Simple Reinforced Concrete BeamShao Pengfei,Ma Ningtao,Shen Lulin,Nie Guanghu(School of Civil Engineering, Henan Polytechinc University, Jiaozuo, Henan, China, 454003) Abstract:In order to obtain the rule which the simple reinforced concrete beam distorts, using the numerical method for ordinary differential equations,and the Matlab numerical analysis software,having carried on the functional analysis to the relationship of bending moment value and amount of deflection value which is produced by equispaced load collection in the simple beam different position according to the experimental data,obtaining to find the most hazard point of the simple beam in guaranteeing the simple beam's intensity and the safe distortion condition,and statementing the related measure suggestions.The results indicate that the simple beam's center point position is the simple beam's weakest and most dangerous position. This rule can provide the theory basis to carry on reinforcement processing of the simple reinforced concrete beam that is target-oriented,causing the simple beam to have the stronger durability, tensile strength and compressive strength.Key words:Matlab;Materials mechanics;Structure mechanics;Numerical analysis;Crack 0.问题背景在土木工程学科结构工程研究设计领域的钢筋混凝土梁变形分析中,绘制内力图.寻找到危险点的位置是完成梁的截面设计或强度校核的关键环节,并对此危险点提出措施进行加固,防止梁发生破坏。
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浅谈数值分析在数学建模中的应用摘要 为了满足科技发展对科学研究和工程技术人员用数学理论解决实际的能力的要求,讨论了数值分析在数学建模中的应用。
数值分析不仅应用模型求解的过程中,它对模型的建立也具有较强的指导性。
研究数值分析中插值拟合,解线性方程组,数值积分等方法在模型建立、求解以及误差分析中的应用,使数值分析作为一种工具更好的解决实际问题。
关键词 数值分析;数学建模;线性方程组;微分方程1. 引言数值分析主要介绍现代科学计算中常用的数值计算方法及其基本原理,研究并解决数值问题的近似解,是数学理论与计算机和实际问题的有机结合[1]。
随着科学技术的迅速发展,运用数学方法解决科学研究和工程技术领域中的实际问题,已经得到普遍重视。
数学建模是数值分析联系实际的桥梁。
在数学建模过程中,无论是模型的建立还是模型的求解都要用到数值分析课程中所涉及的算法,如插值方法、最小二乘法、拟合法等,那么如何在数学建模中正确的应用数值分析内容,就成了解决实际问题的关键。
2. 数值分析在模型建立中的应用在实际中,许多问题所研究的变量都是离散的形式,所建立的模型也是离散的。
例如,对经济进行动态的分析时,一般总是根据一些计划的周期期末的指标值判断某经济计划执行的如何。
有些实际问题即可建立连续模型,也可建立离散模型,但在研究中,并不能时时刻刻统计它,而是在某些特定时刻获得统计数据。
例如,人口普查统计是一个时段的人口增长量,通过这个时段人口数量变化规律建立离散模型来预测未来人口。
另一方面,对常见的微分方程、积分方程为了求解,往往需要将连续模型转化成离散模型。
将连续模型转化成离散模型,最常用的方法就是建立差分方程。
以非负整数k 表示时间,记k x 为变量x 在时刻k 的取值,则称k k k x x x -=∆+1为k x 的一阶差分,称k k k k k x x x x x +-=∆∆=∆++1222)(为k x 的二阶差分。
类似课求出k x 的n 阶差分k n x ∆。
由k ,k x ,及k x 的差分给出的方程称为差分方程[2]。
例如在研究节食与运动模型时,发现人们往往采取节食与运动方式消耗体内存储的脂肪,引起体重下降,达到减肥目的。
通常制定减肥计划以周为时间单位比较方便,所以采用差分方程模型进行讨论。
记第k 周末体重为)(k w ,第k 周吸收热量为)(k c ,热量转换系数α,代谢消耗系数β,在不考虑运动情况下体重变化的模型为)()1()()1(k w k c k w k w βα-++=+[2], ,2,1,0=k ,增加运动时只需将β改为ββ+1,1β由运动的形式和时间决定。
此外,在研究经济变化趋势,人口增长等问题时,都要按照一定的周期建立差分模型。
这样,连续模型就通过数值分析中研究的对象——差分方程,转化成离散模型,简化了求解过程。
3.数值分析在模型求解中的应用3.1.插值法和拟合法在模型求解中的应用3.1.1.拟合法求解在数学建模中,我们常常建立了模型,也测量了(或收集了)一些已知数据,但是模型中的某些参数是未知的,此时需要利用已知数据去确定有关参数,这个过程通常通过数据拟合来完成。
最小二乘法是数据拟合的基本方法。
其基本思想就是:寻找最适合的模型参数,使得由模型给出的计算数据与已知数据的整体误差最小。
假设已建立了数学模型),(c x f y =,其中,T m c c c c ),,,(21 =是模型参数。
已有一组已知数据),(1,1y x ,),(22y x ,…,),(,k k y x ,用最小二乘确定参数c ,使 ∑=-=ki i i c x f y c e 12)),(()(最小。
函数),(c x f 称为数据),,2,1)(,(,k i y x i i =的最小二乘拟合函数。
如果模型函数),(c x f y =具有足够的可微性,则可用微分方程法解出c 。
最合适的c 应满足必要条件m j c c x f c x f y c c e k i ji i i j ,,2,1,0),()),((2)(1 ==∂∂--=∂∂∑=。
3.1.2.插值法求解在实际问题中,我们经常会遇到求经验公式的问题,即不知道某函数)(x f y =的具体表达式,只能通过实验测量得到该函数在一些点的函数值,即已知一部分精确的函数值数据),(1,1y x ,),(22y x ,…,),(,k k y x 。
要求一个函数)(i i x y ϕ=,k i ,,1,0 =,(2)这就是插值问题。
函数)(i i x y ϕ=称为)(x f 的插值函数。
),,1,0(k i x i =称为插值节点,式(2)称为插值条件[2]。
多项式插值是最常用的插值方法,在工程计算中样条插值是非常重要的方法。
3.2模型求解中的解线性方程组问题在线性规划模型的求解过程中,常遇到线性方程组求解问题。
线性方程组求解是科学计算中用的最多的,很多计算问题都归结为解线性方程组,利用计算机求解线性方程组的方法是直接法和迭代法。
直接法基本思想是将线性方程组转化为便于求解的三角线性方程组,再求三角线性方程组,理论上直接在有限步内求得方程的精确解,但由于数值运算有舍入误差,因此实际计算求出的解仍然是近似解,仍需对解进行误差分析。
直接法不适用求解4≥n 的线性方程组,因此当4≥n 时,可以采用迭代法进行求解。
迭代法先要构造迭代公式,它与方程求根迭代法相似,可将线性方程组改写成便于迭代的形式。
迭代计算公式简单,易于编制计算程序,通常都用于解大型稀疏线性方程组。
求解线性方程组的一般设计思想如下,假设建立一个线性规划模型b Ax =其中⎥⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎢⎣⎡=nn n n n a a a a a a a a a A 1212221211211,⎥⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎢⎣⎡=n x x x x 21,⎥⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎢⎣⎡=n b b b b 21,即n n R A ⨯∈,可将A 改写为迭代的形式f Bx x +=并由此构造迭代法()(),,2,1,0,1 =+=+k f Bx x k k其中n n R B ⨯∈,称为迭代矩阵。
将A 按不同方式分解,就得到不同的迭代矩阵B ,也就的带不同的迭代法,例如Jacobi 迭代法 [5]、高斯-赛德尔迭代法[5]、超松弛迭代法等。
由于计算过程中有舍入误差,为防止误差增大,就要求所使用的迭代法具有稳定性,即迭代收敛,收敛速度越快,误差越小。
若f Bx x +=中,()B ρ<1,则认为此迭代法收敛。
超松弛迭代法是利用松弛技术加快收敛的典型,它有重要的实际价值,但必须选择较佳的松弛因子,虽有求最佳松弛因子的理论公式,但通常还要依赖于实际经验。
3.3数值积分在模型求解中的应用模型求解过程中可能遇到积分求解问题,用求积公式()()()()a F b F dx x f f I ba-==⎰,使定积分计算变得简单,但在实际应用中很多被积函数找不到用解析时表示的原函数,例如dx e x ⎰-102,或者即使找到表达式也极其复杂。
另外,当被积函数是列函数,其原函数没有意义,因此又将计算积分归结为积函数值的加权平均值。
假设b x x x a n ≤≤≤≤≤...10,则积分的计算公式[5]为()()()∑⎰=-≈ni i i b a x f a b dx x f 0α,称其为机械求积公式,其中i x (n i ,...,2,1,0=)称为求积节点,i α与f 无关,称为求积系数或权数,机械求积公式是将计算积分归结为计算节点函数值的加权平均,即取()()ξαf x f ni ii ≈∑=0 得到的。
由于这类公式计算极其便捷,是计算机计算积分的主要方法,构造机械求积公式就转化为求参数i x 及i α的代数问题。
3.4数值分析在求解微分方程中的应用在数学建模中,所建立的模型很多时候是常微分方程或者偏微分方程,这些方程求解析解是很困难的,而且即使能够求得解析解,由于所用数据的误差得到的解也是近似值,所以大部分情况下会采取数值的方法进行求解。
例如在常微分方程求解中,将原方程离散后,用迭代的方法求解;在偏微分方程的求解中,常常利用有限差分方法和有限元方法对方程进行离散,进而求得方程的数值解。
4.误差分析误差分析使数学建模的结果更加准确。
数学模型与实际问题之间出现的误差称为模型误差。
在数学模型中往往包含了若干参变量,这些量往往是通过观察得到的,因此也带来了误差,这种误差称为观察误差[4]。
这些误差是不可避免的,所以我们只能在模型建立和模型求解中避免误差扩大。
目前已经提出的误差分析方法有向前误差分析法与向后误差分析,区间分析法,及概率分析,但在实际误差估计中均不可行。
不能定量的估计误差,因此在建模过程中更着重误差的定性分析,也就是算法的稳定性分析。
一个算法如果原始数据有误差,而计算过程舍入误差不增长,则称此算法是数值稳定的,否则,若误差增长,则称算法是不稳定的。
在误差分析中,首先要分清问题是否病态和算法是否稳定,计算时还要尽量避免误差危害。
为了防止有效数字的损失,应该注意下面若干原则:一是避免用绝对值小的数作除数;二是避免数值接近相等的两个近似值相减,这样会导致有效数字严重损失;三是注意运算次序,防止“大数”吃“小数”,如多个数相加减,应按照绝对值由小到大的次序运算;四是简化步骤,减少算术运算的次数。
5.结论随着电子计算机的迅速发展、普及以及新型数值软件的不断开发,数值分析的理论和方法无论是在高科技领域还是在传统学科领域,其作用和影响都越来越大,实际上它已成为科学工作者和工程技术人员必备的知识和工具,所以把数值分析的知识正确的应用到数学建模中去不仅是一种趋势,更是用数学的理论解决实际问题的关键。
参考文献:[1]郑慧娆,陈绍林,莫忠息,等.数值计算方法[M].武汉:武汉大学出版社,2002.[2]陈东彦,李冬梅,王树忠.数学建模[M].北京:科学出版社,2007.[3]姜启源,等.数学模型[M].北京:高等教育出版社,2003.[4]李庆扬,王能超,易大义.数值分析[M].4版.北京:清华大学出版社, 2001.[5]李庆扬.科学计算方法基础[M].4版.北京:清华大学出版社, 2005.the Application of Numerical Analysis in Methmetical ModelingHan Yu-tao1Bai Yang2Tian Lu2Liu De-zheng2(1College of Science,Tianjin University of Commerce,Tianjin,3001342 College of Science,Tianjin University of Commerce,Tianjin,300134) Abstract In order to meet the technological scientific researchers who use mathematical theory to solve practical problems, the use of numerical analysis in mathematical modeling is discussed.Numerical analysis not only solve the model,but also relatively guide the model.Research on some numerical methods in numerical analysis which usually used in mathmetical modeling and error analysis will be a better way to solve practical problems.Key Words Numerical Analysis;Mathematical Modeling; Linear Equations;differential equation。