三角分解法求解线性方程组的问题,并要求用Matlab编程实现。
时间: 2024-06-10 13:05:36 浏览: 87
关于三角分解法求解线性方程组的具体实现,下面是我给您的详细解释。
首先,我们需要将原始的线性方程组写成增广矩阵的形式,如下:
![image.png](https://cdn.nlark.com/yuque/0/2021/png/1301844/1632302092694-13b82583-5795-4b88-a3ca-e3e8de7c6795.png#clientId=ub77dd5c5-5a1d-4&from=paste&id=u949f2b2c&margin=%5Bobject%20Object%5D&originHeight=119&originWidth=697&originalType=binary&ratio=1&size=11950&status=done&style=none&taskId=uefa1841d-9705-4a52-96c5-6c1a6d65b10)
其中,第一列到第n列为系数矩阵A,第(n+1)列为等号,第(n+2)列到第n+m列为常数向量b,共有m个方程。
然后,我们需要对矩阵A进行三角分解,也就是将其分解为一个下三角矩阵L和上三角矩阵U的乘积,满足LU=A。
具体实现步骤如下:
1. 三角分解的第一步是将矩阵A进行LU分解,即取出A的第一列构成L的第一列,然后将A的第一行除以A[1,1]中的元素,并将结果构成U的第一行。
2. 对于每一个k=2,3,...,n,分别进行以下操作:
(1) 将A的第k列的前k-1个元素除以U的前k-1行的前k-1个元素,即将A[k,1:k-1]/U[j,1:k-1]的商作为L[k,j]的值。
(2) 对A[k,k:n]进行以下操作:将其减去L[k,1:k-1]和U[1:k-1,k:n]对应元素的乘积,并将结果作为U[k,k:n]的值。
3. 将L中对角线上的所有元素设置为1,得到下三角矩阵L。这里需要注意的是,L不是唯一的,如果不加限定条件,可以得到多组可行解。
此时,我们可以将原始的线性方程组转化为以下形式:
Lz=b
Ux=z
其中,z为中间向量,x为最终的解向量。
接下来,我们可以使用回带法求解x和z。回带法的具体实现如下:
1. 首先,我们需要求解中间向量z,从第一个方程开始,求出z[1],然后用z[1]代入第二个方程求解z[2],以此类推,直到求出所有的z。
2. 接下来,我们可以使用与上面相同的思路求解x,从最后一个方程开始向前进行回带。
Matlab代码实例:
function [x] = Triangular_Decomposition_Method(A, b)
% 首先,将增广矩阵由[A, b]转化为[L, U, P, b]形式
[L, U, P] = lu(A);
b = P * b;
% 下面,求解中间向量z
n = size(L, 1);
z = zeros(n, 1);
for i = 1 : n
z(i) = b(i) - L(i, 1:i-1) * z(1:i-1);
end
% 最后,使用回带法求解x
x = zeros(n, 1);
for i = n : -1 : 1
x(i) = (z(i) - U(i, i+1:n) * x(i+1:n)) / U(i, i);
end
end
在上面的代码中,我们首先将增广矩阵由LUP分解得到下三角矩阵L、上三角矩阵U和置换矩阵P,然后用P将b转化为新的常数向量。接下来,我们求解中间向量z和解向量x的过程和上面所讲的一样。
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