数值线性代数第二版上机习题第四章实验报告.doc
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<p>第四章上机习题 1考虑两点边值问题 容易知道它得精确解为 为了把微分方程离散化,把[0,1]区间n等分,令h=1/n, 得到差分方程 简化为 从而离散化后得到得线性方程组得系数矩阵为 对分别用Jacobi迭代法,G-S迭代法与SOR迭代法求线性方程组得解,要求有4位有效数字,然后比较与精确解得误差。 对考虑同样得问题。 解 (1)给出算法: 为解,令,其中, 利用Jacobi迭代法,G-S迭代法,SOR迭代法解线性方程组,均可以下步骤求解: step1给定初始向量x0=(0,0,、、、,0),最大迭代次数N,精度要求c,令k=1 step2令x=B*x0+g step3若||x-x0||2</p><c,算法停止,输出解与迭代次数k,否则,转step4 k="">=N,算法停止,迭代失败,否则,令x0=x,转step2 在Jacobi迭代法中,B=D-1*(L+U),g=D-1*b 在G-S迭代法中,B=D-1*(L+U),g=D-1*b 在SOR迭代法中,B=(D-w*L)-1*[(1-w)*D+w*U],g=w*(D-w*L)-1*b 另外,在SOR迭代法中,上面算法step1中要给定松弛因子w,其中0<w<2 1="" w="0、5。" ax="b中,矩阵A如题目所示,且为n-1阶矩阵" i="2,、、、,n-1" function="" d="diag(diag(A));" l="triu(A)-A;" u="tril(A)-A;" b="D^(-1)*(L+U);" g="D^(-1)*b;" x0="zeros(length(A),1);" x="B*x0+g;" k="1;" while="">=0、00001 x0=x; x=B*x0+g; k=k+1; if k>=N break end end end 2 G-S迭代法编成得函数 [x,k]=GaussSeidel(A,b,c,N) function [x,k]=GaussSeidel(A,b,c,N) U=diag(diag(A))-triu(A); x0=zeros(length(A),1); B=tril(A)^(-1)*U; g=tril(A)^(-1)*b; x=B*x0+g; k=1; while norm(x-x0,2)>=0、00001 x0=x; x=B*x0+g; k=k+1; if k>=N break end end end 3 SOR迭代法编成得函数 [x,k]=SOR(A,b,w,c,N) function [x,k]=SOR(A,b,w,c,N) D=diag(diag(A)); L=D-tril(A); U=D-triu(A); x0=zeros(length(A),1); B=(D-w*L)^(-1)*((1-w)*D+w*U); g=w*(D-w*L)^(-1)*b; x=B*x0+g; k=1; while norm(x-x0,2)>=0、00001 x0=x; x=B*x0+g; k=k+1; if k>=N break end end end 4 问题1求解 ex4_1 clear;clc; %c=1; %c=0、1 %c=0、01; c=0、0001; a=1/2;n=100;h=1/n; w=1/2;N=1000000; A=-(2*c+h)*eye(n-1); for i=2:n-1w A(i-1,i)=c+h; A(i,i-1)=c; end b=[a*h^2*ones(n-2,1);a*h^2-(c+h)]; for i=1:n-1 x(i)=i*h; y(i)=((1-a)/(1-exp(-1/c)))*(1-exp(-x(i)/c))+a*x(i); end [y1,n1]=Jacobi(A,b,c,N); [y2,n2]=GaussSeidel(A,b,c,N); [y3,n3]=SOR(A,b,w,c,N); disp(['c=',num2str(c),'时']); disp(['Jacobi迭代与精确解得差为',num2str(norm(y'-y1,inf))]); disp(['迭代次数为',num2str(n1)]); disp(['G-S迭代与精确解得差为',num2str(norm(y'-y2,inf))]); disp(['迭代次数为',num2str(n2)]); disp(['SOR迭代与精确解得差为',num2str(norm(y'-y3,inf))]); disp(['迭代次数为',num2str(n3)]); 计算结果为 (1) c=1时 Jacobi迭代与精确解得差为0、0021999 迭代次数为11796 G-S迭代与精确解得差为0、0017027 迭代次数为6227 SOR迭代与精确解得差为0、004511 迭代次数为15367 (2) c=0、1时 Jacobi迭代与精确解得差为0、0094349 迭代次数为5353 G-S迭代与精确解得差为0、0093007 迭代次数为2797 SOR迭代与精确解得差为0、010279 迭代次数为7300 (3) c=0、01时 Jacobi迭代与精确解得差为0、066098 迭代次数为532 G-S迭代与精确解得差为0、066089 迭代次数为318 SOR迭代与精确解得差为0、06615 迭代次数为834 (4) c=0、0001时 Jacobi迭代与精确解得差为0、0049526 迭代次数为116 G-S迭代与精确解得差为0、0049507 迭代次数为108 SOR迭代与精确解得差为0、0049789 迭代次数为267 结果分析 三种迭代法得误差基本相同,且G-S迭代法得收敛速度明显小于Jacobi迭代法,但SOR迭代法收敛速度较慢,原因就是收敛因子非最佳。 2 考虑偏微分方程 其中边界条件为u=1、沿x方向与y方向均匀剖分为N等份,令h=1/N,并设应用中心差分离散化后得到差分方程得代数方程组为 取g(x,y)与f(x,y)分别为exp(xy)与x+y,用G-S迭代法求解上述方程组,并请列表比较N=20,40,80时收敛所需要得迭代次数与所用得CPU时间。迭代终止条件为||xk+1-xk||2<10-7、 1="" ax="b,由于g(x,y)与f(x,y)分别为exp(xy)与x+y,可得A得形式为" ex4_2="" c="10^(-7);" n="1000000;" for="" m="1:3" h="1/n(m);" a="zeros((n(m)-1)^2);" b="zeros((n(m)-1)^2,1);" i="" if="">1 A(i-1,i)=-1; A(i,i-1)=-1; end if i>n(m)-1 A(i,i-n(m)+1)=-1; A(i-n(m)+1,i)=-1; end ii=ceil(i/(n(m)-1)); if mod(i,n(m)-1)~=0 jj=mod(i,n(m)-1); else jj=n(m)-1; end A(i,i)=4+exp(ii*jj*h^2); b(i)=h^3*(ii+jj); if ii==1||ii==n(m)-1 b(i)=b(i)+1; end if jj==1||jj==n(m)-1 b(i)=b(i)+1; end end disp(['n=',num2str(n(m))]) tic [y,k]=GaussSeidel(A,b,c,N); toc disp(['迭代次数为',num2str(k)]); end 结果为 n 20 40 80 CPU time 0、080063 seconds 1、941715 seconds 112、580604 seconds 迭代次数 24 26 27 <!--10-7、--></w<2></c,算法停止,输出解与迭代次数k,否则,转step4>- 配套讲稿:
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