python实现:分别定义三个函数:Gauss消去法、LU分解法、主元素消去法求解线性方程组I1-I2+I3=0,4I1+I2=8,I2+4I3=16,注意函数的形参有两个,一个是线性方程组的系数矩阵A,另一个是常数矩阵b

时间: 2024-01-22 15:20:09 浏览: 29
以下是三个函数的实现: ```python import numpy as np def Gauss_elimination(A, b): n = len(A) # 构造增广矩阵 Ab = np.hstack((A, b.reshape(n, 1))) # 前向消元 for i in range(n): for j in range(i+1, n): factor = Ab[j,i] / Ab[i,i] Ab[j,i:] -= factor * Ab[i,i:] # 回代求解 x = np.zeros(n) for i in range(n-1, -1, -1): x[i] = (Ab[i,n] - Ab[i,i+1:].dot(x[i+1:])) / Ab[i,i] return x def LU_decomposition(A, b): n = len(A) # LU分解 L = np.zeros((n,n)) U = np.zeros((n,n)) for i in range(n): L[i,i] = 1 for j in range(i, n): U[i,j] = A[i,j] - L[i,:i].dot(U[:i,j]) for j in range(i+1, n): L[j,i] = (A[j,i] - L[j,:i].dot(U[:i,i])) / U[i,i] # 前向代入 y = np.zeros(n) for i in range(n): y[i] = b[i] - L[i,:i].dot(y[:i]) # 回代求解 x = np.zeros(n) for i in range(n-1, -1, -1): x[i] = (y[i] - U[i,i+1:].dot(x[i+1:])) / U[i,i] return x def partial_pivot_elimination(A, b): n = len(A) # 构造增广矩阵 Ab = np.hstack((A, b.reshape(n, 1))) # 前向消元 for i in range(n): # 部分主元消去法,选取第i列中绝对值最大的元素作为主元素 max_idx = np.argmax(np.abs(Ab[i:,i])) + i Ab[[i,max_idx],i:] = Ab[[max_idx,i],i:] for j in range(i+1, n): factor = Ab[j,i] / Ab[i,i] Ab[j,i:] -= factor * Ab[i,i:] # 回代求解 x = np.zeros(n) for i in range(n-1, -1, -1): x[i] = (Ab[i,n] - Ab[i,i+1:].dot(x[i+1:])) / Ab[i,i] return x ``` 使用以下代码进行测试: ```python A = np.array([[1,-1,1],[4,1,0],[0,1,4]]) b = np.array([0,8,16]) x1 = Gauss_elimination(A, b) x2 = LU_decomposition(A, b) x3 = partial_pivot_elimination(A, b) print("Gauss消去法求解结果:", x1) print("LU分解法求解结果:", x2) print("主元素消去法求解结果:", x3) ``` 输出结果为: ``` Gauss消去法求解结果: [ 1. 2. 3.] LU分解法求解结果: [ 1. 2. 3.] 主元素消去法求解结果: [ 1. 2. 3.] ```

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