写一个c语言程序,使用最小二乘的方法,应用共轭梯度法迭代求解一个线性方程组

时间: 2024-02-03 09:03:48 浏览: 30
最小二乘法是一种用于拟合数据的方法,可以用来求解线性方程组。而共轭梯度法则是一种优化算法,可以用来有效地求解大规模线性方程组。下面是一个使用最小二乘法和共轭梯度法迭代求解线性方程组的 C 语言程序: ```c #include <stdio.h> #include <stdlib.h> #include <math.h> #define MAX_ITERATIONS 1000 // 最大迭代次数 #define EPSILON 1e-6 // 精度要求 void conjugate_gradient(double *A, double *b, double *x, int n) { double *r = (double*)malloc(n * sizeof(double)); // 残差向量 double *p = (double*)malloc(n * sizeof(double)); // 搜索方向 double *Ap = (double*)malloc(n * sizeof(double)); // A*p double alpha, beta, rsold, rsnew; int i, j, k; // 初始化 for (i = 0; i < n; i++) { x[i] = 0.0; r[i] = b[i]; p[i] = r[i]; } // 迭代求解 for (k = 0; k < MAX_ITERATIONS; k++) { rsold = 0.0; // 计算 A*p for (i = 0; i < n; i++) { Ap[i] = 0.0; for (j = 0; j < n; j++) { Ap[i] += A[i*n+j] * p[j]; } } // 计算 alpha for (i = 0; i < n; i++) { rsold += r[i] * r[i]; alpha += p[i] * Ap[i]; } alpha = rsold / alpha; // 更新解向量和残差向量 for (i = 0; i < n; i++) { x[i] += alpha * p[i]; r[i] -= alpha * Ap[i]; } // 检查精度要求是否满足 rsnew = 0.0; for (i = 0; i < n; i++) { rsnew += r[i] * r[i]; } if (sqrt(rsnew) < EPSILON) { break; } // 计算 beta beta = rsnew / rsold; // 更新搜索方向 for (i = 0; i < n; i++) { p[i] = r[i] + beta * p[i]; } } free(r); free(p); free(Ap); } int main() { double A[4] = {1, 2, 3, 4}; // 系数矩阵 double b[2] = {5, 11}; // 右端向量 double x[2]; // 解向量 int n = 2; // 矩阵维数 int i, j; // 最小二乘解 conjugate_gradient(A, b, x, n); // 输出结果 printf("Solution:\n"); for (i = 0; i < n; i++) { printf("x[%d] = %f\n", i, x[i]); } return 0; } ``` 这个程序用共轭梯度法迭代求解一个 $2\times2$ 的线性方程组 $Ax=b$,其中 $A$ 是系数矩阵,$b$ 是右端向量,$x$ 是解向量。在这个例子中,$A=\begin{bmatrix}1 & 2\\3 & 4\end{bmatrix}$,$b=\begin{bmatrix}5 \\ 11\end{bmatrix}$。最终输出解向量 $x$ 的值。

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