ÿþM e t o d y n u m e r y c z n e
E i T 2 0 0 9 / 2 0 1 0
S p r a w y o r g a n i z a c y j n e
Ï%
d r W o j c i e c h T y l m a n , K a t e d r a M i k r o e l e k t r o n i k i i
T e c h n i k I n f o r m a t y c z n y c h P A
Ï%
B 1 8 , I p . , p . 5 6
Ï%
w w w . d m c s . p . l o d z . p l
Ï%
t y l @ d m c s . p . l o d z . p l
Ï%
g o d z i n y p r z y j : W W W
T e m a t y k a
Ï%
M e t o d y r o z w i z y w a n i a r ó w n a D p r z e z n a c z o n e
d o i m p l e m e n t a c j i k o m p u t e r o w e j
Ï%
Z a g a d n i e n i a z w i z a n e z o b l i c z e n i a m i
n u m e r y c z n y m i p r z e p r o w a d z a n y m i n a
w s p ó Bc z e s n y c h k o m p u t e r a c h
L i t e r a t u r a
Ï%
L e o n O . C h u a , P e n - M i n L i n K o m p u t e r o w a
a n a l i z a u k Ba d ó w e l e k t r o n i c z n y c h : a l g o r y t m y i
m e t o d y o b l i c z e n i o w e , W y d a w n i c t w a N a u k o w o -
T e c h n i c z n e , W a r s z a w a 1 9 8 1
Ï%
Z e n o n F o r t u n a , B o h d a n M a c u k o w , J a n u s z
W s o w s k i M e t o d y n u m e r y c z n e , W y d a w n i c t w a
N a u k o w o - T e c h n i c z n e , W a r s z a w a 2 0 0 6
O r g a n i z a c j a z a j
Ï%
W y k Ba d : 1 5 h ( 2 h c o t y d z i e D, p ó B s e m e s t r u )
Ï%
w i c z e n i a : 1 5 h ( 1 h c o t y d z i e D)
Ï%
L a b o r a t o r i u m : 1 5 h ( 2 h c o d r u g i t y d z i e D)
Ï%
Z a l i c z e n i e p r z e d m i o t u : z a l i c z e n i e w y k Ba d u ,
w i c z e D i l a b o r a t o r i u m , o c e n y b r a n e z t s a m
w a g
P l a n
Ï%
M e t o d y n u m e r y c z n e r o z w i z y w a n i a l i n i o w y c h u k Ba d ó w r ó w n a D ( 2 h )
Ï%
M e t o d y n u m e r y c z n e r o z w i z y w a n i a r ó w n a D n i e l i n i o w y c h i
n i e l i n i o w y c h u k Ba d ó w r ó w n a D ( 2 h )
Ï%
K o m p u t e r o w e o p r a c o w y w a n i e w y n i k ó w p o m i a r ó w ( i n t e r p o l a c j a ,
a p r o k s y m a c j a ) ( 1 h )
Ï%
A l g o r y t m y p r z e t w a r z a n i a s y g n a Bó w ( 1 h )
Ï%
O g r a n i c z e n i a i k o r z y [c i s y m u l a c j i k o m p u t e r o w e j ( 1 / 2 h )
Ï%
S y m u l a c j a i e k s p e r y m e n t k o m p u t e r o w y ( 1 / 2 h )
Ï%
O p r o g r a m o w a n i e d o o b l i c z e D i s y m u l a c j i i n |y n i e r s k i c h ( 4 h )
Ï%
Z a s a d y t w o r z e n i a s k r y p t ó w d o n a r z d z i p r o g r a m o w y c h ( 2 h )
Ï%
D o k u m e n t a c j a i n |y n i e r s k a ( 1 h )
Ï%
Z a l i c z e n i e ( 1 h )
M e t o d y n u m e r y c z n e r o z w i z y w a n i a
l i n i o w y c h u k Ba d ó w r ó w n a D
Ï%
M e t o d a e l i m i n a c j i G a u s s a
Ï%
M e t o d a r o z k Ba d u L U
a l g o r y t m C r o u t a
a l g o r y t m D o o l i t t l a
M e t o d a e l i m i n a c j i G a u s s a
Ï%
E f e k t y w n a m e t o d a r o z w i z y w a n i a u k Ba d ó w
r ó w n a D l i n i o w y c h
Ï%
W y m a g a w p r z y b l i |e n i u n 3 / 3 m n o |e D. N p . d l a
n = 1 0 d a j e t o 3 3 3 m n o |e D
Ï%
D l a p o r ó w n a n i a , m e t o d C r a m e r a w y m a g a
w p r z y b l i |e n i u 2 ( n + 1 ) ! m n o |e D. D l a n = 1 0 d a j e
t o 7 9 8 3 3 6 0 0 m n o |e D
M e t o d a e l i m i n a c j i G a u s s a
A x = ¼
a 1 1 x 1 + a 1 2 x 2 + ï" + a 1 n x n = µ
1
a 2 1 x 1 + a 2 2 x 2 + ï" + a 2 n x n = µ
2
î"
a n 1 x 1 + a n 2 x 2 + ï" + a n n x n = µ
n
1 . E l i m i n a c j a w p r z ó d
2 . P o d s t a w i e n i e w s t e c z
E t a p I : e l i m i n a c j a w p r z ó d
- a 2 1 - a 3 1
a 1 1 x 1 + a 1 2 x 2 + a 1 3 x 3 = µ × + × +
1
a 1 1 a 1 1
a 2 1 x 1 + a 2 2 x 2 + a 2 3 x 3 = µ
2
a 3 1 x 1 + a 3 2 x 2 + a 3 3 x 3 = µ
3
a 1 1 x 1 + a 1 2 x 2 + a 1 3 x 3 = µ
1
( 2
- a 3 2 )
( 2 ( 2 ( 2 )
a 2 2 ) x 2 + a 2 3 ) x 3 = µ × +
2
( 2
a 2 2 )
( 2 ( 2 ( 2 )
a 3 2 ) x 2 + a 3 3 ) x 3 = µ
3
a 1 1 x 1 + a 1 2 x 2 + a 1 3 x 3 = µ
1
( 2 ( 2 ( 2 )
a 2 2 ) x 2 + a 2 3 ) x 3 = µ
2
( 3 ( 3 )
a 3 3 ) x 3 = µ
3
a 1 1 a 1 2 a 1 3 x 1 µ
îø ùø îø ùø îø ùø
1
ïø ïø úø
( 2 ( 2 ( 2 )
0 a 2 2 ) a 2 3 ) úø ïø x 2 úø = µ
2
ïø úø ïø úø ïø úø
( 3 ( 3 )
ïø úø ïø úø ïø úø
0 0 a 3 3 ) ûø ðø x 3 ûø ðø µ
3
ðø ûø
E t a p I I : p o d s t a w i e n i e w s t e c z
( 3 )
µ
3
x 3 =
( 3
a 3 3 )
'"
îø1 ¼ùø
A r = [ A ¼] Ò!
ïø úø
ðø ûø
M e t o d a e l i m i n a c j i G a u s s a - p r z y k Ba d
( 1 )
2 6 1
1 3
Å"x =
1 2 2
3
[ ]
[ ]
4 6 8 8
M e t o d a e l i m i n a c j i G a u s s a - p r z y k Ba d
( 2 )
2 6 1 1 3
1 2 2 3
[ ]
4 6 8 8
M e t o d a e l i m i n a c j i G a u s s a - p r z y k Ba d
( 3 )
2 6 1 1 3
0 - 1 3 / 2 - 7 / 2
[ ]
0 - 6 6 - 1 8
M e t o d a e l i m i n a c j i G a u s s a - p r z y k Ba d
( 4 )
2 6 1 1 3
0 - 1 3 / 2 - 7 / 2
[ ]
0 0 - 3 3
M e t o d a e l i m i n a c j i G a u s s a - p r z y k Ba d
( 5 )
2 6 1 1 3
0 - 1 3 / 2 - 7 / 2
[ ]
0 0 1 - 1
M e t o d a e l i m i n a c j i G a u s s a - p r z y k Ba d
( 6 )
2 6 1 1 3
0 - 1 0 - 2
[ ]
0 0 1 - 1
M e t o d a e l i m i n a c j i G a u s s a - p r z y k Ba d
( 7 )
2 6 1 1 3
0 1 0 2
[ ]
0 0 1 - 1
M e t o d a e l i m i n a c j i G a u s s a - p r z y k Ba d
( 8 )
2 0 0 2
0 1 0 2
[ ]
0 0 1 - 1
M e t o d a e l i m i n a c j i G a u s s a - p r z y k Ba d
( 9 )
1 0 0 1
0 1 0 2
[ ]
0 0 1 - 1
M e t o d a e l i m i n a c j i G a u s s a - p r z y k Ba d
( 1 0 )
1
x =
2
[ ]
- 1
M e t o d a e l i m i n a c j i G a u s s a
Ï%
P o d c z a s w y z n a c z a n i a r o z w i z a n i a n i e j e s t
w y z n a c z a n a m a c i e r z o d w r o t n a
Ï%
J e [l i z a c h o d z i p o t r z e b a w y z n a c z e n i a m a c i e r z y
o d w r o t n e j , m o |n a t o z r o b i z a p o m o c
e l i m i n a c j i G a u s s a p o p r z e z d o p i s a n i e d o
m a c i e r z y A m a c i e r z y j e d n o s t k o w e j i w y k o n a n i e
a l g o r y t m u j a k p o p r z e d n i o .
Ï%
W y m a g a t o n 3 m n o |e D
M e t o d a e l i m i n a c j i G a u s s a
Ï%
J e [l i p o d c z a s w y k o n y w a n i a a l g o r y t m u o k a |e
s i , |e e l e m e n t p r z e z k t ó r e g o o d w r o t n o [
n a l e |y m n o |y ( c z y l i d z i e l i p r z e z ) m a w a r t o [
0 ( l u b n a w e t w a r t o [ b e z w z g l d n b a r d z o m a B
w p o r ó w n a n i u z p o z o s t a By m i ) n a l e |y
p r z e p r o w a d z i z a m i a n w i e r s z y t a k , a b y
u z y s k a e l e m e n t o d u |e j w a r t o [c i . A b y
z a p e w n i d u | d o k Ba d n o [, n a l e |y z a w s z e
z a m i e n i a w i e r s z e ( m o |n a r ó w n i e | k o l u m n y )
p r z e d k a |d y m m n o |e n i e m .
M e t o d a e l i m i n a c j i G a u s s a - p r z y k Ba d
( 1 )
2 6 1
1 1
Å"x =
1 3 2
- 2
[ ]
[ ]
4 6 8
- 1 4
2 6 1 1 1
1 3 2 - 2
[ ]
4 6 8 - 1 4
M e t o d a e l i m i n a c j i G a u s s a - p r z y k Ba d
( 2 )
2 6 1 1 1
0 0 1 . 5 - 7 . 5
[ ]
0 - 6 6 - 3 6
2 6 1 1 1
0 - 6 6 - 3 6
[ ]
0 0 1 . 5 - 7 . 5
R o z k Ba d L U
A = L U
1 u i j ñ" 0
îø ùø îø ùø
ïø úø ïø úø
1 ñ"
ïø úø ïø úø
U =
L =
ïø úø ïø úø
ñ" ñ"
ïø ïø úø
0 1 úø l i j
ïø úø
ðø ûø
ðø ûø
M a c i e r z t r ó j k t n a g ó r n a
M a c i e r z t r ó j k t n a d o l n a
Z a s t o s o w a n i e r o z k Ba d u L U
( a )
A x = L U x = ¼
L y = ¼
Ó!
( b )
U x = y U x = y
A l g o r y t m C r o u t a
a 1 1 a 1 2 a 1 3 l 1 1 0 0 1 u 1 2 u 1 3
îø ùø îø ùø îø ùø
ïø ïø úø ïø
a 2 1 a 2 2 a 2 3 úø = l 2 1 l 2 2 0 0 1 u 2 3 úø
ïø úø ïø úø ïø úø
ïø úø ïø úø ïø úø
a 3 1 a 3 2 a 3 3 ûø ðø l 3 1 l 3 2 l 3 3 ûø ðø 0 0 1
ðø ûø
Q = L + U - 1
l 1 1 u 1 2 u 1 3
îø ùø
ïø
Q = l 2 1 l 2 2 u 2 3 úø
ïø úø
ïø úø
l 3 1 l 3 2 l 3 3 ûø
ðø
A l g o r y t m C r o u t a
2
îø ùø
ïø úø
1 4
ïø úø
Q =
ïø úø
3
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5 ï"úø
ðø ûø
i - 1
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u i j = a i j - l i k u k j l i i d l a i <