18525

Анализ многошаговой формулы интегрирования Метод простых итераций. Метод ускоренных итераций Итерации Ньютона-Рафсона

Лекция

Информатика, кибернетика и программирование

Лекция 5 Анализ многошаговой формулы интегрирования Метод простых итераций. Метод ускоренных итераций Итерации НьютонаРафсона. Обратные итерации При неявных методах интегрирования ОДУ возникают нелинейные алгебраические уравнения. Возвратимся к общему виду лине...

Русский

2013-07-08

108.5 KB

6 чел.

Лекция 5

Анализ многошаговой формулы интегрирования Метод простых итераций. Метод ускоренных итераций Итерации Ньютона-Рафсона. Обратные итерации

При неявных методах интегрирования ОДУ возникают нелинейные алгебраические уравнения. Возвратимся к общему виду линейного многошагового метода. Проанализируем сходимость решения нелинейных алгебраических уравнений.

Требуется решить неявное уравнение:

                        (1)

т.к.  член под знаком суммы известен, то заменим его на wn, тогда  выражение (1) принимает вид:

                                           (2)

Необходимо определить . Рассмотрим некоторые варианты решения.

  1.  Метод простых итераций (метод Якоби).

Формула метода простых итераций

                                        (3)

Пусть x* - точное решение (2), тогда

                                        (4)

 Вычитая, получим

                                         (5)

  

Используя теорему о среднем, получим:

                                   (6)

где  

По условию Липшица  тогда

                                      (7)

      По индукции

                                 (6)  

Принимая во внимание теорему о единственности решения, необходимое и достаточное решение о сходимости итерационного процесса Якоби имеет вид:

                                                             (7)

   

Т.к. L £ | lmax|, наибольшее собственное значение матрицы -.                                                                                                                 

Если условие удовлетворено, то итерации Якоби сходятся к единственному решению.

                                                                (8)

Для быстрой сходимости необходимо потребовать :

                                                           (9)

Границы зависят от h, если | lmax | велико, то h должно быть очень мало. Для определения условия окончания итераций рассмотрим случай одного уравнения:

  1.  Метод ускоренных итераций

Метод ускоренных итераций – модификация метода итераций Якоби

                           (10)

где a - параметр ускорения.

Если a=0, то получаем простые итерации.

Условие сходимости введем тем же путем.

Точное решение

                        (11)

Вычитая (11) из (10) и пользуясь теоремой о среднем, получаем:

                       (12)                                             

Условие сходимости

 

  или      ,                    (13)

здесь I – единичная матрица.

3. Итерационный метод Ньютона-Рафсона.

Метод описывается формулой

                   (14)

где An+1(s) – матрица Якоби f `x, оцененная в точке x(tn), однократное применение итерации соответствует решению параметризованной формы. Найдем условие сходимости.

Следуя вышеприведенной последовательности действий, получим:

               (15)

Применение (14) является неэффективной процедурой: необходимо вычислить  на каждой итерации.

4. Обратные итерации.

Рассмотренные выше методы можно отнести к прямым итерациям, т.к. они проходят следующим путем: берем приближение, подставляем в правую часть рекуррентного выражения, затем вычисляем новое приближение и подставляем в правую часть и т.д.

Аналогично можно сформировать уравнения с обратными итерациями в виде:

                                            (16)

которые требуют решения неявных уравнений.

Следуя обычной процедуре, запишем:

Условие сходимости:

    или             –  нижняя граница на h.

Краткие выводы:

Итерации Якоби и ускоренные итерации легко реализуются, но сходимость зависит от максимального собственного значения матрицы Якоби. Если |lmax | велико, то шаг мал.

Условиям сходимости метода Ньютона посвящено много литературы. Итерации Ньютона имеют большую область сходимости, чем простые и ускоренные. Зато обратные итерации имеют громадную область сходимости из-за наличия нелинейной границы на h, но существует проблема решения неявных уравнений.

     Рекомендации:

Если число обусловленности меньше 10, рекомендуется применять простые или ускоренные итерации, иначе использовать итерационный метод Ньютона или методы обратных итераций с выбором шага на основе желаемого числа итераций на шаг. Оптимальное число итераций в корректирующей формуле  – 2.

    1. Если корректирующая формула в методе не итерируется, то устойчивость метода зависит как от предсказывающих, так и от корректирующих формул.

    2. Если корректирующая формула итерируется, то нет уверенности, что устойчивость зависит от корректирующей формулы.

 


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

80093. PROFESSIONS IN OUR LIFE 70.5 KB
  We have known some new professions from this tongue – twister. You have already known a lot of professions. Look, I have some letters from different people. I want to read these letters, and you’ll say what these people are.
80094. Які бувають рослини (дерева, кущі, трав’янисті рослини) 47 KB
  Мета: ознайомити учнів із різноманітним світом рослин; вчити порівнювати дерева, кущі, трав’янисті рослини; розвивати мовленнєві вміння, мислення; виховувати допитливість, інтерес до вивчення рідної природи.
80095. Вис на зігнутих руках. Стрибок у довжину з місця 51.5 KB
  Стройові вправи: праворуч ліворуч кругом. Вправи для корекції плоскостопості: Ходьба на носочках; Ходьба на п’ятках; Ходьба на внутрішній стороні стопи; Ходьба на зовнішній стороні стопи. Вправи для відновлення дихання: Очищаюче дихання: зробити повільний повний вдих ненадовго затримати повітря...
80096. Types of morphemes 25.49 KB
  Thus words cn be divided into smller units which referred to s morphemes. Morphemes re the smllest indivisible twofced lnguge units. There re different types of morphemes in English.
80097. The category of aspect 28.73 KB
  Spect is grmmticl ctegory of the Verb which expresses difference in the wy the ction is shown to proceed. The ctegory of spect is linguistic representtion of the objective ctegory of Mnner of ction. The reliztion of the ctegory of spect is closely connected with the lexicl mening of verbs.
80098. Stylistics as a branch of linguistics. Branches of Stylistics 28.38 KB
  Stylistics is that branch of linguistics, which studies the principles, and effect of choice and usage of different language elements in rendering thought and emotion under different conditions of communication. The number of functional styles...
80099. The Functional Style of Official Prose 31.43 KB
  The style of official documents is the most conservative. It is not homogeneous and is represented by the following substyles or variants: 1. the language of business documents; 2. the language of legal documents; 3. that of diplomacy; 4. that of military document
80100. Main and minor types of Word-Formation 32.38 KB
  Main types of Word-FormationWe distinguish 2 main types of word-formation: derivation (encouragement, irresistible, worker) and composition (black-board, day-dream, week-end). Within these types further distinction may be made between the ways of forming words
80101. The Stylistic classification of the English vocabulary 29.62 KB
  Terminological word building and word-derivation, neologism formation by affixation and conversion. 2.Restricted use of finite verb forms, impersonal constructions. 3.\"The author\'s we\" instead of“I”. 2.Syntactical features