《应用数值分析》课件数值分析5.4线性方程组的数值解法.pptx

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第5章线性方程组的数值解法

§5.4基于矩阵三角分解的方法5.4.1矩阵的三角分解第1步消元

其中第2步消元

其中一般第K步消元

其中

7条件:矩阵A经Gauss消元法后得到的上三角矩阵.?Gauss消元法的矩阵表示

上三角阵单位下三角

求矩阵的LU分解。取变换矩阵则有再取变换矩阵例解:

?Doolittle分解中LU元素的求解次序?A=LU三角分解的紧凑格式

15对r=2,3,…,n,?矩阵三角分解的紧凑格式

例5用直接三角分解法即Doolittle分解法解解从而求解得求解得

直接LU分解元素的存储

18解

21练2用直接三角分解法解解

22?先求Ly=b得y?再求Ux=y得x

5.4.2平方根法和改进的平方根法

上三角阵单位下三角

实对称正定矩阵的平方根法

30对称?A为3阶对称正定阵,A=LLT,怎样求L?对称

31例对下列矩阵进行Cholesky分解

32?A为n阶对称正定阵,A=LLT?L中元素的求解次序?依次求L的第一列,第二列,…,第n列.元素仍然存放在矩阵的相应位置上

34?求L的第一列?求L的第二列?对称正定阵A=LLT,求L的计算公式?设已求得L的前k-1列,现求L的第k列(k=3,…,n)

38例9求的Cholesky分解.解

39解

?对称正定阵的LDLT分解中L,D的计算公式1

(避免重复计算,便于编程)?对称正定阵的LDLT分解中L,D的计算公式2

Step1Step2Step3Stepn储存比消去法节省一半,但比平方根法多用一个单元内存?对称正定阵的LDLT分解紧凑格式及存储

?对称正定阵的LDLT分解求方程组(改进平方根法)

例10用LDLT解方程组解

例10用LDLT解方程组或紧凑格式

49?对称正定阵的LDLT分解本质上是对A作Doolittle分解,即LU分解.LDLT分解中的D即LU分解中的U的对角部分LDLT分解中的L即LU分解中的L

50?对称正定矩阵A的LU分解,计算量可以节省一半?求U的第1行?求L的第1列?对称正定阵的LDLT分解中L,D的计算?先对对称正定阵A作LU分解

51?求U的第k行(k=2,3,…,n)?求L的第k列(k=2,3,…,n)?对称正定阵的LDLT分解中L,D的计算节省了计算量?求D

5.4.3三对角线性方程组的追赶法

56例四阶三对角矩阵的三角分解(Gauss消去法)

57例四阶三对角矩阵的三角分解单位下二对角阵上二对角阵

59?三对角矩阵三角分解中LU的求解次序

60对k=3,…,n?三对角矩阵三角分解中LU的求解?右端用矩阵乘法展开,比较两边元素得

追赶法追的过程:n-1赶的过程:2n-1乘除运算量2n-2

?系数矩阵为严格对角占优阵时,追赶法数值稳定?计算过程中撇开系数中大量的零,使计算公式大大简化,减少了计算量.追赶法总的乘除运算量5n-4.

线性方程组的直接法小结

三角分解的计算过程Step1Step2Step3Step4Step5Step6Step2n-1Step2(n-1)依次交替进行再计算的列先计算的行存储杜利特尔分解/*DoolittleFactorization*/:对方程组求解,只要得到了系数矩阵的三角分解形式,再利用前代算法和回代算法解两个三角方程组即得.

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