Лекция 5_1_СЛАУ_Итерац методы

Содержание

Слайд 2

Сходимость и скорость сходимости последовательности к точному решению зависят от выбора нач.

Сходимость и скорость сходимости последовательности к точному решению зависят от выбора нач.
приближения и свойств матрицы А.
Итерация – это переход от одного приближенного реш. к другому: х(к)→х(к+1), где к – номер итер., к=1,2,…
Метод сходится, если построенная послед-ть значений стремится в пределе к точному значению:
х(к) → х*, к=1,2,…
где х* - точное решение (оно неизвестно).
На практике процесс вычислений останавливают, если выполняется условие остановки:
||x(k) – x(k+1)||≤ε ,
где ε>0 – достаточно малое число (параметр метода, выбирается заранее, например, ε=10-4).

Слайд 3

Если условие остановки выполняется, то х*=х (к+1) принимают за решение задачи с

Если условие остановки выполняется, то х*=х (к+1) принимают за решение задачи с
точностью ε.
Для справки: Норма вектора может быть вычислена по-разному. Например,
1. ||z|| = – евклидова норма.
Тогда условие остановки принимает вид:
2.

Слайд 4

2. Метод простой итерации

СЛАУ: Ax=b
Нужно привести к виду: x=G x + g
Итерационная

2. Метод простой итерации СЛАУ: Ax=b Нужно привести к виду: x=G x
формула метода простой итерации:
x(k+1) = G x(k) +g, k=0,1,2,… ,
Метод простой итерации сходится не всегда.
Известно, что метод сходится для любого начального приближения х(0) со скоростью геометрической прогрессии, если норма матрицы G меньше единицы.
Например, =
– максимальная из сумм модулей элементов в столбце (или в строке).

Слайд 5

Достаточное условие сходимости к решению системы: матрица A должна иметь диагональное преобладание
В

Достаточное условие сходимости к решению системы: матрица A должна иметь диагональное преобладание
качестве начального вектора x(0) рекомендуется брать вектор g.

Слайд 6

Алгоритм метода простых итераций

1. Преобразовать систему Ax=b к виду x=G x +

Алгоритм метода простых итераций 1. Преобразовать систему Ax=b к виду x=G x
g.
2. Задать начальное приближение решения х(0) произвольно или положить х(0) =g , задать малое положительное число ε (точность приближения). Положить k=0.
3. Вычислить следующее приближение
x(k+1) = G x(k) +g
4. Проверить условие остановки:
если ||x(k) – x(k+1)||≤ε , то процесс завершить и в качестве приближенного решения задачи принять х*= х(к+1) .
Иначе положить k = k + 1 и перейти к пункту 3 алгоритма.

Слайд 7

Пример 1.

Методом простых итераций с точностью решить систему линейных алгебраических уравнений:

Пример 1. Методом простых итераций с точностью решить систему линейных алгебраических уравнений:

Слайд 8

Решение. 1. Так как
, то ни одно уравнение системы не имеет

Решение. 1. Так как , то ни одно уравнение системы не имеет
диагонального преобладания. Переставим уравнения:
Исх. СЛАУ:

Слайд 9

Выразим из первого уравнения x1, из второго х2, из третьего х3 :

Выразим из первого уравнения x1, из второго х2, из третьего х3 :

Так как (в стр.), то метод будет сходиться для любого нач. приближения.

G=

g=

‖G‖= max

x=G x + g

Слайд 10

2. Зададим
Пусть
3. Выполним расчеты по итерац. формуле : 
до выполнения

2. Зададим Пусть 3. Выполним расчеты по итерац. формуле : до выполнения условия остановки. g=
условия остановки.

g=

Слайд 11

Таблица результатов

Таблица результатов

Слайд 12

4. Расчет закончен, поскольку выполнено условие окончания
Приближенное решение задачи:
Очевидно, точное решение:
Приведем результаты

4. Расчет закончен, поскольку выполнено условие окончания Приближенное решение задачи: Очевидно, точное
расчетов для другого начального приближения и

Слайд 13

Приближенное решение задачи:

Приближенное решение задачи:

Слайд 14

2. Метод Зейделя

Итерационный процесс задается формулой:
х(k+1) = P x(k+1) + Q x(k)

2. Метод Зейделя Итерационный процесс задается формулой: х(k+1) = P x(k+1) +
+ g, k=0,1,2,…
Матрицы P и Q строятся по матрице G:
Метод Зейделя – частный случай метода простой итерации (см. материал)

Слайд 15

Метод Зейделя начинает работу с любого начального приближения. Условия сходимости метода те

Метод Зейделя начинает работу с любого начального приближения. Условия сходимости метода те
же, что и для метода простой итерации, но проверять их нужно для матрицы

Слайд 16

Метод простой
итерации

Метод Зейделя

Расчетные формулы методов в покомпонентной записи (общий случай, нелинейный)

Метод простой итерации Метод Зейделя Расчетные формулы методов в покомпонентной записи (общий случай, нелинейный)

Слайд 17

Если для некоторой СЛАУ сходятся оба метода, то известно, что предпочтительнее метод

Если для некоторой СЛАУ сходятся оба метода, то известно, что предпочтительнее метод
Зейделя. Можно привести примеры, когда один метод сходится к точному решению, а другой – нет (методы имеют разные области сходимости).
Если выполняется достаточное условие сходимости для метода простой итерации по строкам, то в методе Зейделя выгодно расположить уравнения в порядке возрастания суммы модулей коэффициентов.