理论教育 数值分析|追赶法解决线性方程组

数值分析|追赶法解决线性方程组

时间:2023-10-31 理论教育 版权反馈
【摘要】:在许多实际问题中,如常微分方程两点边值问题、三次样条插值方法等,往往遇到线性方程组Ax=f的求解,其中称具有式(2-13)形式的系数矩阵A为三对角矩阵,称相应的线性方程组为三对角方程组.具有这种形式的方程组在实际问题中是经常遇到的,而且往往是对角占优的.A满足条件这类方程组Ax=f的解存在且唯一(A为非奇异矩阵),可以直接利用高斯消去法或直接分解法,而其解答可以用极其简单的递推公式表示出来,即下面

数值分析|追赶法解决线性方程组

在许多实际问题中,如常微分方程两点边值问题、三次样条插值方法等,往往遇到线性方程组Ax=f的求解,其中

称具有式(2-13)形式的系数矩阵A为三对角矩阵,称相应的线性方程组为三对角方程组.具有这种形式的方程组在实际问题中是经常遇到的,而且往往是对角占优的.A满足条件

这类方程组Ax=f的解存在且唯一(A为非奇异矩阵),可以直接利用高斯消去法或直接分解法,而其解答可以用极其简单的递推公式表示出来,即下面介绍的追赶法.追赶法通常是数值稳定的.

1)分解算法

对A作LU分解,可以发现L、U具有非常简单的形式

由矩阵乘积,得

比较等式两端,得到

2)解方程组的追赶法(www.daowen.com)

因为上述分解A=LU,则方程组Ax=f的求解转化为解两个简单的三角方程组Ly=f和Ux=y,从而得到求解方程组的算法公式.

先解Ly=f,即

再解Ux=y,即

这种把三对角方程组的解用式(2-14)、式(2-15)、式(2-16)表示出来的方法形象化地叫作追赶法,其中式(2-14)、式(2-15)是关于下标i由小到大的递推公式,称为追的过程;而式(2-16)却是下标i由大到小的递推公式,称为赶的过程,一追一赶构成了求解Ax=f的追赶法.

注 追赶法的优点:存贮单元少,计算量小,且舍入误差不增长,算法数值稳定.

追赶法有条件aici≠0,如果有某ai=0或ci=0,则三对角方程组Ax=f可化为2个低阶方程组,例如当a3=0时,有

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