[content] Fix formulas, style; Add 2 methods

- Add matrix representation of SLE
This commit is contained in:
AVAtarMod 2023-08-22 14:20:41 +03:00
parent e668810916
commit 36c728cddd
Signed by: stud128245
GPG Key ID: 43198AE4D0774328

View File

@ -263,6 +263,33 @@
\right. \right.
\label{formula:eqn_system} \label{formula:eqn_system}
\end{eqnarray} \end{eqnarray}
СЛУ также представима в матричной форме \(AX=B\), где \(A,X,B\) имеют
следующий вид:
\begin{eqnarray}
A = \left(
\begin{aligned}
& a_{11} \quad a_{12} \quad \dots \quad a_{1n} \\
& a_{21} \quad a_{22} \quad \dots \quad a_{2n} \\
& \ \vdots \ \qquad \vdots \quad \ \ddots \quad \ \vdots \\
& a_{n1} \quad a_{n2} \quad \dots \quad a_{nn} \\
\end{aligned}
\right), B = \left(
\begin{aligned}
& b_1 \\
& b_2 \\
& \ \vdots \\
& b_n \\
\end{aligned}
\right), X = \left(
\begin{aligned}
& x_1 \\
& x_2 \\
& \ \vdots \\
& x_n \\
\end{aligned}
\right)
\label{formula:eqn_matrix_system}
\end{eqnarray}
Для решения таких систем существуют прямые и итерационные методы. Для решения таких систем существуют прямые и итерационные методы.
Прямые методы (к ним относятся "метод Гаусса", "метод обратной матрицы" Прямые методы (к ним относятся "метод Гаусса", "метод обратной матрицы"
@ -272,6 +299,8 @@
"метод простой итерации" и "метод Зейделя") позволяют получить "метод простой итерации" и "метод Зейделя") позволяют получить
приближенное решение с помощью последовательного приближения к точному. приближенное решение с помощью последовательного приближения к точному.
Для итерационных методов необходимо начальное приближение, которое
будет обозначено как \(x^{(0)}\).
\subsection{Метод Гаусса} \subsection{Метод Гаусса}
\subsubsection{Описание метода} \subsubsection{Описание метода}
Для решения СЛУ система (\ref{formula:eqn_system}) приводится к Для решения СЛУ система (\ref{formula:eqn_system}) приводится к
@ -389,7 +418,7 @@ LU-разложение \cite[с. 259]{book:levitin}. Для получения
привести к проблемам (сбоям, незавершению), если входные данные привести к проблемам (сбоям, незавершению), если входные данные
содержат бесконечности или NaN. По умолчанию \verb|True|. содержат бесконечности или NaN. По умолчанию \verb|True|.
\end{enumerate} \end{enumerate}
\vspace{\baselineskip} \pagebreak
Функция \textbf{inv} модуля \textbf{scipy.linalg} имеет следующие Функция \textbf{inv} модуля \textbf{scipy.linalg} имеет следующие
параметры (задаются в порядке перечисления): параметры (задаются в порядке перечисления):
@ -430,17 +459,16 @@ LU-разложение \cite[с. 259]{book:levitin}. Для получения
V_i = \frac{d_i - a_i V_{i-1}}{a_i U_{i-1} + b_i} V_i = \frac{d_i - a_i V_{i-1}}{a_i U_{i-1} + b_i}
\hspace{1cm} i = 1,2,3,\dots,n \hspace{1cm} i = 1,2,3,\dots,n
\end{equation} \end{equation}
При этом \( c_n = 0; a_1 = 0\). При этом \( c_n = 0; a_1 = 0\), в ходе выполнения алгоритма сначала
вычисляем \(U_i, V_i\), затем \(x_i, i =n,n-1,\dots,1\).
Таким образом, сначала вычисляем \(U_i, V_i\), затем \pagebreak
\(x_i, i =n,n-1,\dots,1\).
Данный метод в общем случае не устойчив, за исключением случаев, Данный метод в общем случае не устойчив, за исключением случаев,
когда матрица СЛУ обладает свойством диагонального преобладания когда матрица СЛУ обладает свойством диагонального преобладания
(условие \ref{formula:eqn_diag_dominant}) или она положительно (условие \ref{formula:eqn_diag_dominant}) или она положительно
определенная \cite{links:bhatia}. определенная \cite{links:bhatia}.
\begin{equation} \begin{equation}
\sum_{i \ne j} |a_{ij}| < |a_{ii}| \sum_{i \ne j} |a_{ij}| < |a_{ii}|; \qquad i=1,2,3,\dots,n
\label{formula:eqn_diag_dominant} \label{formula:eqn_diag_dominant}
\end{equation} \end{equation}
@ -523,7 +551,7 @@ LU-разложение \cite[с. 259]{book:levitin}. Для получения
0 & 1 & 3 & 2 & -1 \\ 0 & 1 & 3 & 2 & -1 \\
0 & 0 & 1 & 2 & 2 \\ 0 & 0 & 1 & 2 & 2 \\
0 & 0 & 0 & 1 & 1 \\ 0 & 0 & 0 & 1 & 1 \\
\end{tabular}\\ \end{tabular}\\
верхняя форма будет следующей: верхняя форма будет следующей:
\begin{tabular}[htpb]{ccccc} \begin{tabular}[htpb]{ccccc}
@ -555,11 +583,48 @@ LU-разложение \cite[с. 259]{book:levitin}. Для получения
\subsection{Метод простой итерации (метод Якоби)} \subsection{Метод простой итерации (метод Якоби)}
\subsubsection{Описание метода} \subsubsection{Описание метода}
Для матрицы СЛУ (\ref{formula:eqn_matrix_system}) размеров
\(n \times n\), и начального приближения \(x^{(0)}\) приближенное
решение на итерации \(p, p = 1,2,\dots,k,k+1\) вычисляется по
следующей формуле:
\begin{equation*}
x^{(p+1)}_i = \frac{1}{a_{ii}}
(b_i - \sum_{j=1}^{i-1}a_{ij} x^{(p)}_j
- \sum_{j=i+1}^{n}a_{ij} x^{(p)}_j);
\quad i = 1,2,3,\dots,n
\end{equation*}
Метод сходится при \(p \to \infty\), если матрица СЛУ обладает свойством
диагонального преобладания (выполняется условие
\ref{formula:eqn_diag_dominant}). Заданная точность достигается
при выполнении условия:
\begin{equation}
\max_i |x^{(p+1)}_i-x^{(p)_i}| < \varepsilon
\label{formula:precision_iter_sle}
\end{equation}
\subsubsection{Реализации метода в библиотеках numpy, scipy} \subsubsection{Реализации метода в библиотеках numpy, scipy}
Реализаций данного метода в библиотеках numpy, scipy не найдено.
\subsection{Метод Зейделя} \subsection{Метод Зейделя}
\subsubsection{Описание метода} \subsubsection{Описание метода}
Для матрицы СЛУ (\ref{formula:eqn_matrix_system}) размеров
\(n \times n\), и начального приближения \(x^{(0)}\) приближенное
решение на итерации \(p, p = 1,2,\dots,k,k+1\) вычисляется по
следующей формуле:
\begin{equation*}
x^{(p+1)}_i = \frac{1}{a_{ii}}
(b_i - \sum_{j=1}^{i-1}a_{ij} x^{(p+1)}_j
- \sum_{j=i+1}^{n}a_{ij} x^{(p)}_j);
\quad i = 1,2,3,\dots,n
\end{equation*}
Данный метод, в отличие от предыдущего, использует уже найденные
компоненты этой же итерации с м\'eньшим индексом.
Сходимость и точность задаются условиями
(\ref{formula:eqn_diag_dominant}) и (\ref{formula:precision_iter_sle}).
\subsubsection{Реализации метода в библиотеках numpy, scipy} \subsubsection{Реализации метода в библиотеках numpy, scipy}
Реализаций данного алгоритма в библиотеках numpy, scipy не найдено.
\section{Численные методы решения систем нелинейных уравнений} \section{Численные методы решения систем нелинейных уравнений}
\subsection{Метод простой итерации (метод Якоби) для систем \subsection{Метод простой итерации (метод Якоби) для систем