数学建模迭代法
牛顿迭代法 光线追迹法-概述说明以及解释
牛顿迭代法光线追迹法-概述说明以及解释1.引言1.1 概述牛顿迭代法和光线追迹法是两种常用的数值计算方法，在计算机图形学和其他领域中具有重要的应用。
牛顿迭代法是一种求解方程的方法，通过不断迭代逼近函数的根，从而得到方程的解。
光线追迹法则是模拟光线在物体表面的反射、折射和投射等行为，用于生成逼真的光线效果。
牛顿迭代法通过利用方程的切线逼近根的方法，具有快速收敛的特点，精确地寻找方程的解。
它在优化问题、非线性方程求解等领域有广泛的应用。
牛顿迭代法的基本原理是利用函数的切线与x轴的交点作为下一次迭代的起点，通过多次迭代逐步逼近方程的根。
光线追迹法则是基于光线的物理性质进行计算和模拟，用于生成逼真的光线效果。
它模拟了光线在物体表面的反射、折射和透射等行为，通过追踪光线的路径，计算光线与物体的交点和光线的颜色等信息，从而生成逼真的光线效果。
光线追迹法在计算机图形学、光学设计等领域得到广泛应用，可以用于生成真实感的渲染图像和模拟光学系统的行为。
牛顿迭代法和光线追迹法都是基于数学模型和物理规律的计算方法，在不同的应用领域具有重要的作用。
本文将介绍它们的原理、算法步骤和应用场景，并对它们进行对比分析和评价，探讨它们的优缺点和发展前景。
这将有助于我们更深入地理解这两种方法，并为相关领域的研究和应用提供参考。
文章结构部分的内容应该是对整篇文章的结构做出详细介绍。
可以描述每个部分的主题和内容，并概述它们在文章中的作用和相互关系。
例如，可以按照以下方式编写文章结构部分的内容："1.2 文章结构本文将分为四个主要部分来介绍牛顿迭代法和光线追迹法的原理、算法步骤和应用场景，以及对两种方法的对比分析、优缺点和发展前景。
具体结构如下：2. 牛顿迭代法2.1 原理2.2 算法步骤2.3 应用场景3. 光线追迹法3.1 原理3.2 算法步骤3.3 应用场景4. 结论4.1 对比分析4.2 优缺点4.3 发展前景通过以上结构，本文将分别介绍牛顿迭代法和光线追迹法的原理、算法步骤和应用场景，以便读者更好地理解和应用这两种方法。
计算方法-迭代法讲义
计算 xi(k1) 时,
x(k 1) j
(
j
i)的值已经算出
所以迭代公式可以修改成：
X (k1) D1LX(k1) D1UX (k) D1b
或写成分量形式
i1
n
x(k1) i
(bi
aij
x
( j
k 1)
aij x(jk) ) / aii
j 1
j i 1
7
把矩阵A 记为 A = D – L – U ，则方程组等价为 (D – L)X = ＵＸ＋b ， 从而有： Ｘ = (D – L)-1 UX + (D – L)-1b
2
4.1、雅可比（Jacobi）迭代法
把矩阵A 记为 A = D – L – U ，则方程组等价为
DX = (Ｌ＋Ｕ)Ｘ＋b ，
若 det(D)0, 则有：
Ｘ = D-1(L + U)X + D-1b
得到雅可比迭代矩阵：
BJ = D-1(L + U)，b’= D-1b 从而，得到雅可比迭代公式：
注意：这里的对角 矩阵的D-1是非常 容易计算的。
（精度要求）
得到满足要求的近似解。
例子：p.55(p.52)例8 ，10-3的精度，迭代10 次。
3x1x12xx22
5 5
x( 1
k
1)
x(k) 2 3
5 3
x2( k
1)
x(k) 1
2
5 2
x(0 1
x2(0
) )
0 0
6
4.2、高斯-赛德尔迭代法 雅可比方法中
X (k1) D1(L U) X (k) D1b
|| B || 0.62875, || B ||1 0.648065375,
迭代法
迭代方法也称为滚动方法。
Bai是一个过程，其中变量Du的旧值用于重现新值。
迭代算法是解决计算机问题的基本方法。
它利用了运算速度快的特点，并且适合重复操作，因此计算机可以重复执行一组指令（或某些步骤）。
每次执行指令组（或这些步骤）时，都会从变量的原始值中得出一个新值。
迭代方法分为精确迭代和近似迭代。
典型的迭代方法（例如二分法和牛顿迭代）属于近似迭代。
扩展数据：
对于区间[a，b]和f（a）·f（b）<0上的连续函数y=f（x），通过连续除以函数f（x）零点所在的区间，间隔的两个端点逐渐接近零点，然后获得零点的近似值称为二分法。
令[a，b]为R的封闭区间。
连续二等分方法将创建以下区间序列（[an，BN]），如下所示：A0=a，B0=B，并且对于任何自然数n，[an+1，BN+1]等于[an，cn]或等于[cn，BN]，其中CN表示[an，BN]的中点。
方法介绍
迭代法是一类利用递推公式或循环算法通过构造序列来求问题近似解的方法。
例如，对非线性方程，利用递推关系式，从开始依次计算，来逼近方程的根的方法，若仅与有关，即，则称此迭代法为单步迭代法，一般称为多步迭代法；对于线性方程组，由关系从开始依次计算来过近方程的解的方法。
若对某一正整数，当时，与k无关，称该迭代法为定常迭代法，否则称之为非定常迭代法。
称所构造的序
列为迭代序列。
鸡兔同笼数学建模及算法设计
鸡兔同笼数学建模及算法设计鸡兔同笼问题是一道经典的数学问题，涉及到代数方程的建模和求解。
在这个问题中，我们需要根据已知的条件，利用数学建模的方法，求解出鸡和兔的数量。
问题描述：假设鸡兔同笼，共有n只动物，脚的总数为m。
已知鸡的脚数为2，兔的脚数为4。
现在需要求解出鸡和兔的数量。
数学建模：我们可以假设鸡的数量为x，兔的数量为y。
根据题目中给出的条件，我们可以列出如下方程组：x + y = n （1）2x + 4y = m （2）其中方程（1）表示鸡和兔的总数量为n，方程（2）表示鸡和兔的脚的总数为m。
我们需要求解出方程组的解x和y。
算法设计：为了求解方程组的解，我们可以使用代数的方法或者数值计算的方法。
下面分别介绍两种常见的算法设计方法。
1. 代数方法：通过代数的方法，我们可以将方程组（1）和（2）进行变形和消元，从而求解出x和y的值。
首先，我们可以将方程（1）乘以2，得到2x + 2y = 2n。
然后，将这个方程与方程（2）相减，消去x的系数，得到2y - 2y = m - 2n，即0 = m - 2n。
如果m - 2n = 0，那么方程组有无穷多解，即鸡和兔的数量不确定；如果m - 2n ≠ 0，那么方程组无解，即鸡和兔的数量不能满足给定的条件。
因此，我们可以根据m - 2n的值来判断方程组的解的情况。
2. 数值计算方法：如果方程组有解，我们可以使用数值计算的方法求解出x和y的值。
常用的数值计算方法有迭代法和牛顿法。
这里我们介绍一种简单的迭代法。
首先，我们可以根据方程（1）解出x的表达式为x = n - y。
然后，将x的表达式代入方程（2），得到2(n - y) + 4y = m，化简得到2y = m - 2n。
通过不断迭代计算，我们可以逐渐逼近方程组的解。
总结：鸡兔同笼问题是一道常见的数学建模问题，涉及到代数方程的建模和求解。
通过适当地选择算法设计方法，我们可以求解出鸡和兔的数量。
除了代数方法和数值计算方法，还可以采用其他方法，比如图论方法或者概率统计方法。
matlab数学建模实例
第四周3.中的三个根。
，在求8] [0,041.76938.7911.1-)(23=-+=x x x x ffunction y=mj()for x0=0:0.01:8x1=x0^3-11.1*x0^2+38.79*x0-41.769;if (abs(x1)<1.0e-8)x0endend4.分别用简单迭代法、埃特金法、牛顿法求解方程，并比较收敛性与收敛速度（ε分别取10-3、10-5、10-8）。
简单迭代法： function y=jddd(x0)x1=(20+10*x0-2*x0^2-x0^3)/20;k=1;while (abs(x1-x0)>=1.0e-3)x0=x1;x1=(20+10*x0-2*x0^2-x0^3)/20;k=k+1;endx1k埃特金法：function y=etj(x0)x1=(20-2*x0^2-x0^3)/10;x2=(20-2*x1^2-x1^3)/10;x3=x2-(x2-x1)^2/(x2-2*x1+x0);k=1;while (abs(x3-x0)>=1.0e-3)x0=x3;x1=(20-2*x0^2-x0^3)/10;x2=(20-2*x1^2-x1^3)/10;x3=x2-(x2-x1)^2/(x2-2*x1+x0);k=k+1;end2,020102)(023==-++=x x x x x fx3k牛顿法：function y=newton(x0)x1=x0-fc(x0)/df(x0);k=1;while (abs(x1-x0)>=1.0e-3)x0=x1;x1=x0-fc(x0)/df(x0);k=k+1;endx1kfunction y=fc(x)y=x^3+2*x^2+10*x-20;function y=df(x)y=3*x^2+4*x+10;第六周1.解例6-4（p77)的方程组，分别采用消去法（矩阵分解）、Jacobi迭代法、Seidel迭代法、松弛法求解，并比较收敛速度。
数学建模的实验报告
数学建模实验报告姓名：学院：专业班级：学号：数学建模实验报告（一）——用最小二乘法进行数据拟合一．实验目的：1.学会用最小二乘法进行数据拟合。
2.熟悉掌握matlab软件的文件操作和命令环境。
3.掌握数据可视化的基本操作步骤。
4.通过matlab绘制二维图形以及三维图形。
二．实验任务：来自课本64页习题：用最小二乘法求一形如y=a+b x2的多项式，使之与下列数据拟合：三．实验过程：1.实验方法：用最小二乘法解决实际问题包含两个基本环节：先根据所给出数据点的变化趋势与问题的实际背景确定函数类；然后按照最小二乘法原则求最小二乘解来确定系数。
即要求出二次多项式: y=a+b x2的系数。
2．程序：x=[19 25 31 38 44]y=[19.0 32.3 49.0 73.3 97.8]ab=y/[ones(size(x));x.^2];a=ab(1),b=ab(2)xx=19:44;plot(xx,a+b*xx.^2,x,y,'.')3.上机调试得到结果如下：x = 19 25 31 38 44y=19.0000 32.3000 49.0000 73.3000 97.8000a = 0.9726b = 0.0500图形：四．心得体会通过本次的数学模型的建立与处理，我们学习并掌握了用最小二乘法进行数据拟合，及多项式数据拟合的方法，进一步学会了使用matlab软件，加深了我们的数学知识，提高了我们解决实际问题的能力，为以后深入学习数学建模打下了坚实的基础。
数学建模实验报告（二）——用Newton法求方程的解一．实验目的1.掌握Newton法求方程的解的原理和方法。
2.利用Matlab进行编程求近似解。
二．实验任务来自课本109页习题4-2：用Newton法求f(x)=x-cosx=0的近似解三．实验过程1.实验原理：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)^2*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))。
数学建模方法大汇总
数学建模方法大汇总数学建模是数学与实际问题相结合，通过建立数学模型来解决实际问题的一种方法。
在数学建模中，常用的方法有很多种，下面将对常见的数学建模方法进行大汇总。
1.描述性统计法：通过总结、归纳和分析数据来描述现象和问题，常用的统计学方法有平均值、标准差、频率分布等。
2.数据拟合法：通过寻找最佳拟合曲线或函数来描述和预测数据的规律，常用的方法有最小二乘法、非线性优化等。
3.数理统计法：通过样本数据对总体参数进行估计和推断，常用的方法有参数估计、假设检验、方差分析等。
4.线性规划法：建立线性模型，通过线性规划方法求解最优解，常用的方法有单纯形法、对偶理论等。
5.整数规划法：在线性规划的基础上考虑决策变量为整数或约束条件为整数的情况，常用的方法有分支定界法、割平面法等。
6.动态规划法：通过递推关系和最优子结构性质建立动态规划模型，通过计算子问题的最优解来求解原问题的最优解，常用的方法有最短路径算法、最优二叉查找树等。
7.图论方法：通过图的模型来描述和求解问题，常用的方法有最小生成树、最短路径、网络流等。
8.模糊数学法：通过模糊集合和隶属函数来描述问题，常用的方法有模糊综合评价、模糊决策等。
9.随机过程法：通过概率论和随机过程来描述和求解问题，常用的方法有马尔可夫过程、排队论等。
10.模拟仿真法：通过构建系统的数学模型，并使用计算机进行模拟和仿真来分析问题，常用的方法有蒙特卡洛方法、事件驱动仿真等。
11.统计回归分析法：通过建立自变量与因变量之间的关系来分析问题，常用的方法有线性回归、非线性回归等。
12.优化方法：通过求解函数的最大值或最小值来求解问题，常用的方法有迭代法、梯度下降法、遗传算法等。
13.系统动力学方法：通过建立动力学模型来分析系统的演化过程，常用的方法有积分方程、差分方程等。
14.图像处理方法：通过数学模型和算法来处理和分析图像，常用的方法有小波变换、边缘检测等。
15.知识图谱方法：通过构建知识图谱来描述和分析知识之间的关系，常用的方法有图论、语义分析等。
算法第4章-第1讲-迭代法、蛮力法_1
第4讲 基本算法策略
d10=1;2*(d10+1)=d9;
2*(d9+1)=d8;
2*(d8+1)=d7; 2*(d7+1)=d6; 2*(d6+1)=d5; 2*(d5+1)=d4;
2*(d4+1)=d3; 2*(d3+1)=d2;
2*(d2+1)=d1
第4讲 基本算法策略
数学模型：
a[i]=2*(a[i+1]+1),i=9,8,„,1 计算模型：c=(a/2)-1
第4讲 基本算法策略
迭代法解方程： 阅读p130-133,例6，例7，例8
第4讲 基本算法策略
作业： 预习p133-138: 蛮力法
That’s all for today See you next time Good bye!
每节一经典 用9以内的实例理解问题： 手工模拟计算过程
计算机科学学院 王小明
第4讲 基本算法策略
具体使用迭代法求根时应注意以下两种可能发生的情况: （1）如果方程无解，算法求出的近似根序列 就不会收敛，迭代过程会变成死循环，因此 在使用迭代算法前应先考察方程是否有解， 并在程序中对迭代的次数给予限制； （2）方程虽然有解，但迭代公式选择不当，或 迭代的初始近似根选择不合理，也会导致迭 代失败。
k) 第k次通过时：从第k间开始转动，每隔k-1间转动一次
在“9”以内理解狱吏问题：以6个牢房为例。
牢房
1 X Y Y Y X Y X X 2 X Y Y X 3 4 X Y X X X Y Y Y
5
X Y X Y
6
Y
Y Y
X
X X
X
X X
十大数学算法
十大数学算法数学算法是解决数学问题的方法和步骤的集合。
在数学领域中，有许多重要且被广泛使用的算法。
这些算法不仅能够解决各种数学问题，还在计算机科学、工程和其他领域中得到了广泛应用。
在本文中，我们将介绍十大数学算法，它们分别是欧几里得算法、牛顿法、二分法、高斯消元法、快速傅里叶变换、动态规划、贝叶斯定理、蒙特卡洛方法、线性规划和迭代法。
1. 欧几里得算法欧几里得算法是解决最大公约数问题的一种常见方法。
该算法的核心思想是，通过不断用较小数去除较大数，直到余数为零，最后一个非零余数即为最大公约数。
欧几里得算法在密码学、数据压缩等领域得到了广泛应用。
2. 牛顿法牛顿法是一种用来求解方程近似解的迭代方法。
它基于函数的泰勒级数展开，通过不断迭代逼近函数的零点。
牛顿法在优化问题、图像处理和物理模拟等领域中广泛使用。
3. 二分法二分法又称折半查找法，是一种高效的查找算法。
它通过将查找区间一分为二，判断目标元素在哪一侧，并重复此过程，直到找到目标元素或确认不存在。
二分法在查找有序列表和解决优化问题时被广泛应用。
4. 高斯消元法高斯消元法是一种求解线性方程组的常用方法。
它通过对方程组进行一系列的行变换，将方程组化为简化的阶梯形式，从而求得方程组的解。
高斯消元法在计算机图形学、物理学和工程学等领域中得到广泛应用。
5. 快速傅里叶变换快速傅里叶变换是一种计算离散傅里叶变换的高效算法。
通过将离散信号转换为频域信号，可以在数字信号处理、图像处理和通信系统中实现快速算法和压缩方法。
6. 动态规划动态规划是一种解决具有重叠子问题和最优子结构性质的问题的算法。
通过将问题分解为子问题，并保存子问题的解，动态规划可以高效地求解一些复杂的优化问题，如最短路径、背包问题和序列比对等。
7. 贝叶斯定理贝叶斯定理是一种用来计算条件概率的方法。
它通过已知先验概率和观测数据来更新事件的后验概率。
贝叶斯定理在机器学习、人工智能和统计推断等领域中具有重要的应用。
数学建模算法设计简介
问题求解概述
问题求解的一般步骤：
需求分析 建模
算法设计 程序实现
测试 应用
分析输入输出数据， 设计合理的数据结构
设计适当的算法，确立输 入输出之间的函数关系。 比如，计算参数模型的函 数参数，或者函数逼近（ 神经网络等方法）
建模方法
差分方程、差分方程组：抵押贷款买房问题等 模型拟合：最小二乘法、三阶样条模型等 概率模型：线性回归，随机行为模拟等 线性规划：单纯形法等 图论建模：最短路径问题、最大流问题等 决策论：决策树、序列决策 博弈论：囚徒困境问题 微分方程、微分方程组建模：人口增长模型、传染病模型 …………
最近点对问题
问题描述： 在二维平面上的n个点中，如何快速的找出最近的一对点。
最简单的想法是暴力枚举每两个点，计算得出最小距离，需要计算n(n-1)/2 次，时间复杂度为O(n2)
分治法求最近பைடு நூலகம்对问题
算法描述： 已知集合S中有n个点，分治法的思 想就是将S进行拆分，分为2部分求 最近点对。 算法每次选择一条垂线L，将S拆分 左右两部分为SL和SR， L一般取点集S中所有点的中间点的x 坐标来划分，这样可以保证SL和SR 中的点数目各为n/2， 依次找出这两部分中的最小点对距 离：δL和δR， 记SL和SR中最小点对距离
分治法在每一层递归上都有三个步骤： 1. 分解：将原问题分解为若干个规模较小，相互独立，与原问题形式相同
的子问题； 2. 解决：若子问题规模较小而容易被解决则直接解，否则递归地解各个子
问题； 3. 合并：将各个子问题的解合并为原问题的解。
分治法
分治法所能解决的问题一般具有以下几个特征：
1. 该问题的规模缩小到一定的程度就可以容易地解决； 2. 该问题可以分解为若干个规模较小的相同问题，即该问题具有最优子结