11679

Ітераційні методи розвязання систем лінійних алгебраїчних рівнянь. Метод Зейделя. Метод релаксації

Лабораторная работа

Информатика, кибернетика и программирование

Лабораторна робота №2 Ітераційні методи розв’язання систем лінійних алгебраїчних рівнянь. Метод Зейделя. Метод релаксації. Мета роботи: познайомитися з ітераційними методами розв’язання систем алгебраїчних рівнянь реалізувати заданий за варіантом метод у серед...

Украинкский

2013-04-10

40.97 KB

30 чел.

Лабораторна робота №2

Ітераційні методи розв’язання систем

лінійних алгебраїчних рівнянь. Метод Зейделя. Метод релаксації.

Мета роботи: познайомитися з ітераційними методами розв’язання систем алгебраїчних рівнянь, реалізувати заданий за варіантом метод у середовищі MATLAB.

Завдання до виконання роботи: Доповнити систему MATLAB файлом, що реалізує метод Зейделя чи метод релаксації для розв‘язання системи лінійних алгебраїчних рівнянь (відповідно до варіанту).

Теоретичні відомості.

Ітераційні методи дозволяють наближено знайти розв’язок системи лінійних алгебраїчних рівнянь, як границю послідовних наближень, що обчислюються по однаковому алгоритму. До ітераційних методів належать: метод Зейделя, метод простої ітерації, метод релаксації, градієнтні методи та їх модифікації. Застосовуються ітераційні методи для розв’язання систем ЛАР з числами порядку 106.

Забезпечення збіжності ітераційного процесу

Непрямі (ітераційні, неточні) методи дозволяють наближено знайти розв’язок системи лінійних алгебраїчних рівнянь, як границю послідовних наближень, що обчислюються за певним алгоритмом.

До ітераційних методів належать: метод Зейделя, метод простої ітерації, метод релаксації, градієнтні методи та їх модифікації. Застосовуються ітераційні методи для розв’язання СЛАР з коефіцієнтами порядку 106.

Ознакою ітераційного методу розв‘язання системи ЛАР є наявність початкового наближення х0 чи (х01, х02, х03, …) і потрібної точності отримання розв‘язків .

Для успішного застосування ітераційних методів до початку ітерацій потрібно напевне знати, що ітераційний процес буде збігатися до конкретного розв‘язку. Для цього початкову систему приводять до нормалізованого вигляду таким чином:

 (1)

Після заміни початкової системи лінійних рівнянь еквівалентною їй – нормалізованою системою – застосуємо ітераційні чисельні методи розв‘язання СЛАР, забезпечивши, таким чином, збіжність до розв‘язку.

Метод релаксації для розв‘язання систем лінійних алгебраїчних рівнянь

Для початку обчислень вибираємо початкове наближення (х10, х20, …, хn) і точність обчислень . На першому етапі обчислюємо, так звані, нев‘язки, тобто відхилення від нуля параметрів :

,                        (4)

які при канонічному представленні системи рівнянь повинні дорівнювати нулю.

В системі знаходимо рівняння з максимальною по модулю нев‘язкою: , і, обнулюючи ( = 0), обчислюємо значення за формулою:

              (5)

де і – номер рівняння з максимальною по модулю нев‘язкою. На наступному кроці підраховуємо нев‘язки за оновленим вектором наближень (х11, х20, …, хn0 ) і вибираємо рівняння з максимальною по модулю нев‘язкою :

,                         (6)

після чого розраховуємо , що задовольняє рівності:

                      (7)

При знаходженні чергового значення  не забувайте обнулювати ! 

Розрахунки продовжуємо до знаходження всіх значень , після цього перевіряємо умову припинення ітерацій, яка записується у вигляді: .

Якщо умова не виконується розпочинаємо наступний цикл ітерацій, який проводиться так, як і попередній, але в якості початкових значень невідомих виступають значення, обчислені у попередньому циклі ітерацій, наприклад: (х31, х21, …, хn1).

Цикли ітерацій продовжуємо до отримання необхідної точності  , яка визначається за простою умовою , саме тому даний метод називається методом релаксації.

При реалізації методу релаксації рівняння намагаються вибирати в такому порядку, щоб за найменшу кількість кроків знайти розв‘язок із заданою точністю. Оскільки такий вибір є невизначеним даний метод називають нестаціонарним.

Завдання для виконання лабораторної роботи.

Створити програму на внутрішній мові середовища МatLAB, що реалізує метод простої ітерації (варіанти 1, 4, 7, 10), метод релаксації (варіанти 3, 6, 9) та метод Зейделя (варіант 2, 5, 8). Провести тестування створеної програми на прикладі, вибраному за варіантом лабораторної роботи № 1.

6 варіант.

Реалізація в Matlab

function result = relax(A, B, X, e, maxiter)

 A=[-2 -3 11;1 12 -5;-1 1 -1]

B=[-15 40 35 ]

X=[1;1;1]

e=0.001

maxiter=1000

B = A*B';

 A = A'*A;

 B = A'*B;

 D = A*X - B;

 [value, imax] = absmax(D);

 j = 1;

 while (abs(value) >= e) & (maxiter > 0)

       X(j) = X(j) - value/A(j,imax);

       D = A*X - B;

       [value,imax] = absmax(D);

       if j == length(B)

          j = 1;

          else 

          j = j + 1;

          end

       maxiter = maxiter - 1;

 end

 result = X;

D

A'

function [val, i] = absmax(A)

 val = A(1);

 i = 1;

 for j = 2 : length(A)

     if abs(val) < abs(A(j))

         val = A(j);

         i = j;

     end

 end

Реалізація

A =

   -2    -3    11

    1    12    -5

   -1     1    -1

B =

  -15    40    35

X =

    1

    1

    1

e =

 1.0000e-003

maxiter =

       1000

D =

 1.0e+016 *

  -0.5667

  -1.7124

   0.0000

ans =

    6    17   -26

   17   154   -94

  -26   -94   147

ans =

 1.0e+015 *

  -3.9993

  -0.1664

  -0.8138

Висновок: виконавши лабораторну роботу, я познайомився з ітераційними методами розв’язання систем алгебраїчних рівнянь, реалізував заданий за варіантом метод у середовищі MATLAB.


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

22157. ОБЛІК КОРОТКОСТРОКОВИХ ЗОБОВ’ЯЗАНЬ 62.5 KB
  Поняття, оцінка та види короткострокових зобов’язань (пасивів). Облік заборгованості по рахунках постачальників та векселів виданих (векселів до сплати). Облік інших короткострокових зобов’язань. Облік заробітної плати і зобов’язань по заробітній платі.
22158. Резистивные преобразователи перемещения 2.95 MB
  Контактные преобразователи принцип действия и основные типы контактных преобразователей 4 требования к электрической цепи область применения 6 II.2 классификация реостатных преобразователей по конструктивным особенностям...
22159. ТАХОМЕТРЫ 855.42 KB
  Приборы и датчики угловой скорости Приборы предназначенные для измерения частоты вращения называются тахометрами. Тахометры применяются для измерения частоты вращения вала двигателя и его агрегатов. Наибольшее распространение получили следующие методы измерения частоты вращения по принципу действия чувствительного элемента ЧЭ: центробежные в которых ЧЭ реагирует на центробежную силу развиваемую неуравновешенными массами при вращении вала; магнитоиндукционные основанные на зависимости наводимых в металлическом теле вихревых токов от...
22160. ТЕНЗОРЕЗИСТОРЫ 114.5 KB
  2 Основные параметры и характеристики тензорезисторов. 3 Расчёт тензорезисторов. 5 Конструкция тензорезисторов. 9 Схемы включения тензорезисторов.
22161. ТЕПЛОВЫЕ ЯВЛЕНИЯ В РАЗЛИЧНЫХ СРЕДАХ 5.26 MB
  Понятия единицы измерения размерности Единицей количества тепла Q в Международной системе единиц СИ является джоуль Дж. В технике пока еще нередко применяется старая единица тепла калория кал а в англосаксонских странах Британская тепловая единица Б. Тепловой поток Ф это количество тепла проходящего через поперечное сечение А за единицу времени: Ф = . Плотность теплового потока q Дж см2 определяется как количество тепла проходящего за единицу времени t чeрез единицу площади поверхности: Теплоемкость С ранее...
22162. Методы измерения механических напряжений, сил и моментов 3.06 MB
  Измерения усилий требуется производить в различных средах в условиях действия разнообразных влияющих величин в широком диапазоне температур – от –270 до 1200 С в широком частотном спектре который для механических напряжений и сил простирается от 0 до 100 к Гц а для давлений ультразвуковых волн в гидроакустике до 10 Гц. Первая группа методов наиболее широко используется для определения механических напряжений путем измерения деформации поверхности исследуемого объекта а также в приборах для измерения сил крутящих моментов и давлений....
22163. ПИРОМЕТРЫ 266.5 KB
  [4] Пирометры частичного излучения. [5] Высокотемпературные пирометры частичного излучения для контроля температуры [6] Особенности [7] ТАБЛИЦА ИНФРАКРАСНЫХ ТЕРМОМЕТРОВ ПИРОМЕТРОВ ДЛЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ [8] Пирометры Серии М50 INFRACOUPLE [9] Пирометры серии М67 М67S. Закон Планка устанавливает связь между абсолютной температурой и спектральным распределением потока излучения светимости АЧТ: 122 Где спектральная плотность потока излучения АЧТ т.
22164. Разница между результатами измерения и истинным значением измеряемой величины 52 KB
  Представляя собой приближенные оценки значений величин найденные путем измерения они зависят не только от них но ещё и от метода измерения от технических средств с помощью которых проводятся измерения и от свойств органов чувств наблюдателя осуществляющего измерения. Разница между результатами измерения и истинным значением измеряемой величины называется погрешностью измерения. Причиной отклонения истинного значения измеряемой величины от результата измерения могут быть самые различные факторы.
22165. Порядок создания предприятия 346.63 KB
  Обычно предприниматели выбирают вид деятельности, подсказанный предыдущим профессиональным опытом. Опыт помогает сориентироваться на рынке данного вида товаров и услуг - профессионалам примерно известен спрос и особенности продукции, что даёт возможность быстро сформировать клиентуру