列主元高斯消去法和列主元三角分解法解线性方程

计算方法实验报告 1【课题名称】用列主元高斯消去法和列主元三角分解法解线性方程【目的和意义】高斯消去法是一个古老的求解线性方程组的方法，但由它改进得到的选主元的高斯消去法则是目前计算机上常用的解低阶稠密矩阵方程组的有效方法。用高斯消去法解线性方程组的基本思想时用矩阵行的初等变换将系数矩阵 A 约化为具有简单形式的矩阵(上三角矩阵、单位矩阵等)，而三角形方程组则可以直接回带求解用高斯消去法解线性方程组 Axb(其中 AERnxn )的计算量为：乘除法运算步骤为n (n 1) (n 1) n (2 n 1) n (n 1) n (n 1) n 3 n MD 26223 n23，加减运算步骤为(n 1) n (2 n 1) n (n 1) n (n 1)(n 1) n (2 n 5)AS6226。相比之下，传统的克莱姆法则则较为繁琐，如求解 20 阶线性方程组，克莱姆法则大约要 5 1019次乘法，而用高斯消去法只需要 3060 次乘除法。在高斯消去法运算的过程中，假如出现 abs(A(i,|)于零或过小的情况，则会导致矩阵元素数量级严重增长和舍入误差的扩散，使得最后的计算结果不可靠，所以目前计算机上常用的解低阶稠密矩阵方程的快速有效的方法时列主元高斯消去法，从而使计算结果更加精确。2、列主元三角分解法高斯消去法的消去过程，实质上是将 A 分解为两个三角矩阵的乘积 A=LU，并求解 Ly=b 的过程。回带过程就是求解上三角方程组 U*=y。所以在实际的运算中，矩阵 L 和 U 可以直接计算出，而不需要任何中间步骤，从而在计算过程中将高斯消去法的步骤进行了进一步的简略，大大提高了运算速度，这就是三角分解法采纳选主元的方式与列主元高斯消去法一样，也是为了避开除数过小，从而保证了计算的精确度【计算公式】1、 列主元高斯消去法设有线性方程组 A*=b，其中设 A 为非奇异矩阵。方程组的增广矩阵为第 1 步(k=1 )：首先在 A 的第一列中选取绝对值最大的元素气 1，作为第一步的主元素:然后交换(A，b)的第 1 行与第 l 行元素，再进行消元计算。设列主元素消去法已经完成第 1 步到第 k-1 步的按列选主元，交换两行，消元计算得到与原方程组等价的方程组 A(k)*=b(k)第 k 步计算如下：对于 k=1，2，…，n-1(1) 按列选主元：即确定 t 使|气"| max |")| 0tk,.ik. 、一一，，k .in 、(2) 假如 t 尹 k，则交换［A，b］第 t 仃与第 k 仃元素。(4)回代求解2、列主元三角分解法_对方程组的增广矩阵经过 k-A,步分解后，可变成如下形式...