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 21:03:48 浏览: 77
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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