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文档简介
第四节误差分析和解的精度改进一、解的误差分析基本问题——解的稳定性三、数值稳定性及解的精度改进第1页,共40页。一、解的误差分析基本问题——解的稳定性第2页,共40页。第3页,共40页。
数学稳定性:对数学问题而言,如果输入数据有微小扰动,引起输出数据(即数学问题的解)有很大扰动,则称数学问题是病态问题,否则称为良态问题。
数值方法的稳定性:一个算法如果输入数据有扰动(即有误差),而计算过程中舍入误差不增长,则称此算法是数值稳定的,否则称此算法为不稳定的。第4页,共40页。第5页,共40页。第6页,共40页。第7页,共40页。第8页,共40页。第9页,共40页。第10页,共40页。
第11页,共40页。第12页,共40页。第13页,共40页。证闭第14页,共40页。第15页,共40页。这就是由A和b的原始数据小的扰动引起解的相对误差界第16页,共40页。第17页,共40页。第18页,共40页。第19页,共40页。第20页,共40页。第21页,共40页。在正交变换下,误差不增长第22页,共40页。一、解的误差分析基本问题——解的稳定性(2)(行)比例增减改善这就是由A和b的原始数据小的扰动引起解的相对误差界1、在第一步消元前,计算3、对换EkEr,sksr要想成为一名计算机算法语言的明智的使用者,那么掌握归纳、递推等基本概念,理解算法的精确性、经济性和稳定性的属性则是非常重要的。前面介绍的列主元法解决了Gauss消元法由于小主元的出现所导致的舍入误差的积累,从而出现的失真的问题。方程组这就是由A和b的原始数据小的扰动引起解的相对误差界在正交变换下,误差不增长三、数值稳定性及解的精度改进前面介绍的列主元法解决了Gauss消元法由于小主元的出现所导致的舍入误差的积累,从而出现的失真的问题。列主元法求解x1=x2=1三、数值稳定性及解的精度改进(2)(行)比例增减改善第23页,共40页。
前面介绍的列主元法解决了Gauss消元法由于小主元的出现所导致的舍入误差的积累,从而出现的失真的问题。但列主元法也有缺点,当方程中出现比例因子时,列主元法就无能为力了。列主元法求解x1=x2=1
按行比例消元法:将每个方程乘上一个适当的比例因子,使方程组的最大系数的绝对值不超过1,然后再做列主元消元。(2)(行)比例增减改善第24页,共40页。例4应用按比例消元法求解方程组2、在第k步消元前,选主元指标r使3、对换EkEr,sksr
4、消元
具体步骤如下:1、在第一步消元前,计算第25页,共40页。第26页,共40页。算法:按行比例列主元高斯消元法解线性方程组Ax=b第27页,共40页。第28页,共40页。第29页,共40页。迭代改善的计算格式:第30页,共40页。第31页,共40页。第32页,共40页。||||||||第33页,共40页。病态严重:1:正交分解2:A的奇异值分解。轻度病态:1:双精度改善2:比例增减改善3:迭代改善。2.解的精度改进第34页,共40页。在正交变换下,误差不增长要想成为一名计算机算法语言的明智的使用者,那么掌握归纳、递推等基本概念,理解算法的精确性、经济性和稳定性的属性则是非常重要的。前面介绍的列主元法解决了Gauss消元法由于小主元的出现所导致的舍入误差的积累,从而出现的失真的问题。在正交变换下,误差不增长三、数值稳定性及解的精度改进例4应用按比例消元法求解算法:按行比例列主元高斯消元法解线性方程组Ax=b当计算机接替了大量计算,对机器的使用者来说,聪明地设计正确算法和解释结果是很重要的。在正交变换下,误差不增长三、数值稳定性及解的精度改进3、对换EkEr,sksr3、对换EkEr,sksr二版习题P116---24,26,28证明:病态的程度。接近奇异的大小可作为度量矩阵最小的奇异值分解的nnTTnAAAAAconddiagVUASVDAsssllsss1minmax221)()()(),...,,(,)1(===SS=奇异值分解的应用第35页,共40页。第36页,共40页。第37页,共40页。
要想成为一名计算机算法语言的明智的使用者,那么掌握归纳、递推等基本概念,理解算法的精确性、经济性和稳定性的属性则是非常重要的。第38页,共40页。
培养“数觉”:当计算机接替了大量计算,对机器的使用者来说,聪明地设计正确算法和解释结果是很重要的。设计计算需要充分理解运算的意义,解释结果需要会判断机器输出
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