計算方法筆記 矩陣分解求解線性方程組

2021-08-09 03:34:30 字數 1967 閱讀 7771

定理:

設a如果為非奇異矩陣,則必存在排列矩陣p以及單位下三角矩陣l和非奇異上三角矩陣u,使得 pa

=lu

分類:

一般有doolittle分解和crout分解。

原理:根據矩陣乘法推導

doolittle分解( matlab程式)

doolittle分解,分解的矩陣儲存到原係數矩陣,減少記憶體

clear;

a=[5,7,9,10;6,8,10,9;7,10,8,9;5,7,6,5];

[n,cl]=size(a);

b=[26;18;22;9];

% disp(b(4));列向量行向量都可以用陣列方式()訪問

fori=1:n

forj=1:n

if(i

<=j)

a(i,j)=a(i,j)-a(i,1:i-1)*a(1:i-1,j);

%l單位下三角陣

else

a(i,j)=(a(i,j)-a(i,1:j-1)*a(1:j-1,j))/a(j,j);

%u上三角陣

endend

end%lux=b

%ly=b先解y,再解ux=y,再解x

y=zeros(4,1);

fori=1:n

y(i,1)=b(i,1)-a(i,1:i-1)*y(1:i-1,1);

end%利用matlab矩陣可以用冒號迭代,減少**數量

x=zeros(4,1);

fori=n:-1:1

x(i,1)=(y(i,1)-a(i,i+1:n)*x(i+1:n,1))/a(i,i);

end

注意:

上面為自己根據理解編寫的程式,還需改進,如:可以用二維陣列存放增廣矩陣a(1:n;1:n+1),在矩陣a基礎上進行處理,這樣係數矩陣的doolittle分解與解方程組ly

=b可以同時進行,最後增廣矩陣最後一列就是

y 的值,再解ux

=y即完成了計算。

crout分解( matlab程式)

針對特殊係數矩陣(對角佔優的三對角矩陣),crout分解,此為追趕法。

方便計算記住:

l對角元(i,i)=a對角元(i,i)-a對角元左邊(i,i-1)*a對角元上面(i-1,i)

u次對角元(i,i+1)=a(i,i+1)/a對角元(i,i)

a=[2,1,0,0;1,4,1,0;0,1,4,1;0,0,1,2];

b=[-3;6;14;2];

[n,cl]=size(a);

x=zeros(4,1);

%將a分解成二對角元的下三角矩陣l和二對角元的上三角矩陣u,若u對角元為1則為crout分解

a(1,2)=a(1,2)/a(1,1);

fori=2:n

a(i,i)=a(i,i)-a(i,i-1)*a(i-1,i);

if(i

<=n-1)

a(i,i+1)=a(i,i+1)/a(i,i);

endend%解lux=b,先解ly=b,再解ux=b;

x(1)=b(1)/a(1,1);

fori=2:n

x(i)=(b(i)-a(i,i-1)*x(i-1))/a(i,i);

endx(n)=x(n);

fori=n-1:-1:1

x(i)=x(i)-a(i,i+1)*x(i+1);

endformat rat;%以分數展示結果

%format解除分數顯示

disp(a);

disp(x);

總結

總的來說兩種分解方法都有其類似的地方,同時注意矩陣分解的方法來求方程組的解精度比消元法高而且更節約記憶體。同時注意兩種分解方法的計算順序以及計算技巧。doolittle分解先計算行,再計算列,crout分解先進行l,再計算u

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