线性方程组的解法 1 引言 在科学研究和大型工程设计中出现了越来越多的数学问题,而这些问题往往需要求数值解
在进行数值求解时,经离散后,常常归结为求解形如 Ax= b 的大型线性方程组
而如插值公式,拟合公式等的建立,微分方程差分格式的构造等,均可归结为求解线性方程组的问题.在工程技术的科学计算中,线性方程组的求解也是最基本的工作之一.因此,线性 方程组的解法一直是科学和工程计算中研究最为普遍的问题,它在数值分析中占有极其重要的地位
20 世纪 50 年代至 70 年 代,由于电子计算机的发展,人们开始考虑和研究在计算机上用迭代法求线性方程组 Ax =b 的近似解,用某种极限过程去逐渐逼近精确解,并发展了许多非常有效的迭代方法,迭代法具有需要计算机存储单元少、程序设计简单、原始系数矩阵在计算过程中始终不变等优点
例如 Jacobi 方法、Gauss—Seidel 方法、SOR 方法、SSOR方法 ,这几种迭代方法是最常用的一阶线性定常迭代法
2 主要算法 20 世纪 50 年代至 70 年代,人们开始考虑和研究用迭代法求解线性方程组
Ax = b (1) 的近似解,发展了许多有效的方法,其中有 Jacobi 方法、Gauss—Seidel 方法,SOR 方法、SSOR 方法,这几种迭代方法均属一阶线性定常迭代法,即若系数矩阵A 的一个分裂:A =M-N ;M 为可逆矩阵,线性方程组(1)化为 : (M-N)X =b; →M X = NX + b; →X= M -1NX+ M-1b 得到迭代方法的一般公式: X(k+1)=HX(k)+d (2) 其中:H =MN-1,d=M-1b,对任意初始向量 X(0) 一阶定常迭代法收敛的充分必要条件是: 迭代矩H 的谱半径小于 1,即ρ (H) < 1;又因为对于任何矩阵范数恒有ρ (H)≤‖H‖,故又可得到收敛的一个充分条件为:‖