使用c++编写一个程序,程序功能是使用雅可比方法求矩阵A的全部特征值和特征向量,迭代的收敛条件为误差限小于0.001.
时间: 2024-04-29 12:26:06 浏览: 104
好的,我会尽力回答你的问题。
首先,使用雅可比方法求矩阵A的全部特征值和特征向量的算法步骤如下:
1. 对称矩阵A的特征值一定是实数,因此先将A转化为对称阵。
2. 初始化一个对角矩阵D,将其对角线上的值初始化为A的对角线上对应元素的值。定义一个初始的正交矩阵V,可以使用单位矩阵来初始化。
3. 计算矩阵A的F范数,并设定误差限,若F范数小于该误差限,则算法终止。
4. 在非对角线上选择一个绝对值最大的元素,记其行列坐标为p,q。建立旋转矩阵R,令R的p行q列和q行p列上对角线上的值都为Rpp = Rqq = cosθ, Rpq = -sinθ, Rqp = sinθ, 其他位置为0,因为R是正交矩阵,所以R的p行p列和q行q列上对角线的值必须相同,令其等于cosθ。 θ 是满足 sinθ*cosθ = (Apq - App + Aqq)/2 的角度。
5. 用旋转矩阵R更新对角矩阵D和正交矩阵V,D = R' * D * R, V = V * R。
6. 重复步骤3 - 5,直到F范数小于误差限。
根据以上步骤,可以写出如下的C程序:
```c
#include <stdio.h>
#include <math.h>
#define eps 0.001
int main()
{
int i, j, p, q, n = 4, count = 0;
double A[4][4] = {{2, -1, 0, 0},
{-1, 2, -1, 0},
{0, -1, 2, -1},
{0, 0, -1, 2}};
double D[4][4] = {{2, 0, 0, 0},
{0, 2, 0, 0},
{0, 0, 2, 0},
{0, 0, 0, 2}};
double V[4][4] = {{1, 0, 0, 0},
{0, 1, 0, 0},
{0, 0, 1, 0},
{0, 0, 0, 1}};
double max, apq, app, aqq, theta, cos_t, sin_t;
double R[4][4];
while (1) {
max = 0;
for (i=0; i<n-1; i++) {
for (j=i+1; j<n; j++) {
if (fabs(A[i][j]) > max) {
max = fabs(A[i][j]);
p = i;
q = j;
}
}
}
if (max < eps) break;
apq = A[p][q];
app = A[p][p];
aqq = A[q][q];
theta = atan(2 * apq / (aqq - app)) / 2;
cos_t = cos(theta);
sin_t = sin(theta);
for (i=0; i<n; i++) {
for (j=0; j<n; j++) {
if (i == p && j == p) {
R[i][j] = cos_t;
} else if (i == q && j == q) {
R[i][j] = cos_t;
} else if (i == p && j == q) {
R[i][j] = -sin_t;
} else if (i == q && j == p) {
R[i][j] = sin_t;
} else if (i == j) {
R[i][j] = 1;
} else {
R[i][j] = 0;
}
}
}
for (i=0; i<n; i++) {
for (j=0; j<n; j++) {
D[i][j] = 0;
for (p=0; p<n; p++) {
D[i][j] += R[p][i] * D[p][j];
}
}
}
for (i=0; i<n; i++) {
for (j=0; j<n; j++) {
A[i][j] = 0;
for (p=0; p<n; p++) {
A[i][j] += D[i][p] * R[j][p];
}
}
}
for (i=0; i<n; i++) {
for (j=0; j<n; j++) {
V[i][j] *= R[j][i];
}
}
count++;
}
printf("特征值:\n");
for (i=0; i<n; i++) {
printf("%f ", D[i][i]);
}
printf("\n");
printf("特征向量:\n");
for (i=0; i<n; i++) {
for (j=0; j<n; j++) {
printf("%f ", V[i][j]);
}
printf("\n");
}
printf("迭代次数:%d\n", count);
return 0;
}
```
这段程序基于4x4的矩阵A进行计算,你可以根据需要修改矩阵维度和元素值。程序使用了 atan 和 cos 函数,请确认你的编译器支持使用这些函数。当F范数小于误差限时,程序将输出特征值,特征向量和迭代次数。
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