用列主元高斯消去法、Jacobi 迭代法、Gauss-Seidel 迭代法解如下方程组输出方程组的解,及矩阵 L 和 U。

时间: 2024-02-25 15:55:27 浏览: 85
好的,这是一个更加复杂的问题,需要分步骤来实现。以下是代码实现: ```c #include <stdio.h> #include <stdlib.h> #include <math.h> #define N 3 #define MAX_ITER 10000 #define TOLERANCE 1e-5 void printMatrix(double matrix[N][N+1]) { for(int i=0; i<N; i++) { for(int j=0; j<N+1; j++) { printf("%.2f ", matrix[i][j]); } printf("\n"); } } void swapRow(double matrix[N][N+1], int i, int j) { for(int k=0; k<N+1; k++) { double temp = matrix[i][k]; matrix[i][k] = matrix[j][k]; matrix[j][k] = temp; } } void LUPDecomposition(double matrix[N][N+1], double L[N][N], double U[N][N]) { for(int i=0; i<N; i++) { for(int j=0; j<N; j++) { if(j<i) { L[j][i] = 0; } else { L[j][i] = matrix[j][i]/matrix[i][i]; for(int k=0; k<i; k++) { matrix[j][k] = matrix[j][k] - L[j][i]*matrix[i][k]; } } } for(int j=i; j<N; j++) { U[i][j] = matrix[i][j]; } } } int gaussianElimination(double matrix[N][N+1], double solution[N]) { double L[N][N], U[N][N]; LUPDecomposition(matrix, L, U); printf("L:\n"); printMatrix(L); printf("\nU:\n"); printMatrix(U); printf("\n"); for(int i=0; i<N; i++) { int maxRow = i; for(int j=i+1; j<N; j++) { if(abs(matrix[j][i]) > abs(matrix[maxRow][i])) { maxRow = j; } } if(i != maxRow) { swapRow(matrix, i, maxRow); } if(matrix[i][i] == 0) { return 0; } for(int j=i+1; j<N; j++) { double factor = matrix[j][i]/matrix[i][i]; for(int k=i+1; k<N+1; k++) { matrix[j][k] = matrix[j][k] - factor*matrix[i][k]; } } } for(int i=N-1; i>=0; i--) { solution[i] = matrix[i][N]; for(int j=i+1; j<N; j++) { solution[i] = solution[i] - matrix[i][j]*solution[j]; } solution[i] = solution[i]/matrix[i][i]; } return 1; } int jacobi(double matrix[N][N+1], double solution[N]) { double x[N], x_new[N]; for(int i=0; i<N; i++) { x[i] = 0; } int iter = 0; double error = TOLERANCE + 1; while(iter < MAX_ITER && error > TOLERANCE) { for(int i=0; i<N; i++) { double sum = 0; for(int j=0; j<N; j++) { if(j != i) { sum = sum + matrix[i][j]*x[j]; } } x_new[i] = (matrix[i][N] - sum)/matrix[i][i]; } error = 0; for(int i=0; i<N; i++) { error = error + pow(x_new[i] - x[i], 2); x[i] = x_new[i]; } error = sqrt(error); iter++; } if(iter == MAX_ITER) { return 0; } else { for(int i=0; i<N; i++) { solution[i] = x[i]; } return 1; } } int gaussSeidel(double matrix[N][N+1], double solution[N]) { double x[N]; for(int i=0; i<N; i++) { x[i] = 0; } int iter = 0; double error = TOLERANCE + 1; while(iter < MAX_ITER && error > TOLERANCE) { for(int i=0; i<N; i++) { double sum = 0; for(int j=0; j<N; j++) { if(j != i) { sum = sum + matrix[i][j]*solution[j]; } } solution[i] = (matrix[i][N] - sum)/matrix[i][i]; } error = 0; for(int i=0; i<N; i++) { error = error + pow(solution[i] - x[i], 2); x[i] = solution[i]; } error = sqrt(error); iter++; } if(iter == MAX_ITER) { return 0; } else { return 1; } } int main() { double matrix[N][N+1] = {{2, -1, 1, 8}, {-3, -1, 2, -11}, {-2, 1, 2, -3}}; double solution[N]; if(gaussianElimination(matrix, solution)) { printf("Gaussian elimination:\n"); for(int i=0; i<N; i++) { printf("%.2f\n", solution[i]); } printf("\n"); } else { printf("No unique solution.\n"); } if(jacobi(matrix, solution)) { printf("Jacobi:\n"); for(int i=0; i<N; i++) { printf("%.2f\n", solution[i]); } printf("\n"); } else { printf("Jacobi method failed.\n"); } if(gaussSeidel(matrix, solution)) { printf("Gauss-Seidel:\n"); for(int i=0; i<N; i++) { printf("%.2f\n", solution[i]); } printf("\n"); } else { printf("Gauss-Seidel method failed.\n"); } return 0; } ``` 这个程序通过列主元高斯消去法、Jacobi迭代法和Gauss-Seidel迭代法求解一个3x3的线性方程组,并输出方程组的解和矩阵L和U。你可以将输入的系数矩阵和常数向量修改为你自己的数据。注意:如果矩阵不可逆,则会输出“No unique solution.”。如果Jacobi或Gauss-Seidel方法无法收敛,则会输出“Jacobi method failed.”或“Gauss-Seidel method failed.”。
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