什么是高斯消元法

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高斯消元法什么意思

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2023-10-23 15:16:25

数学上,高斯消元法(或译:高斯消去法),是线性代数中的一个算法,可用来为线性方程组求解,求出矩阵的秩,以及求出可逆方阵的逆矩阵。当用于一个矩阵时,高斯消元法会产生出一个“行梯阵式”。高斯消元法可以用在电脑中来解决数千条等式及未知数。不过,如果有过百万条等式时,这个算法会十分费时。一些极大的方程组通常会用叠代法来解决。亦有一些方法特地用来解决一些有特别排列的系数的方程组。高斯消元法可用来找出下列方程组的解或其解的限制:2x + y - z = 8 (L1)-3x - y + 2z = -11 (L2)-2x + y + 2z = -3 (L3)这个算法的原理是:首先,要将L1 以下的等式中的x 消除,然后再将L2 以下的等式中的y 消除。这样可使整个方程组变成一个三角形似的格式。之后再将已得出的答案一个个地代入已被简化的等式中的未知数中,就可求出其余的答案了。在刚才的例子中,我们将3/2 L1和L2相加,就可以将L2 中的x 消除了。然后再将L1 和L3相加,就可以将L3 中的x 消除。我们可以这样写:L2 + 3/2 L1→ L2L3 + L1 → L3结果就是:2x + y - z = 81/2 y + 1/2 z = 12y + z = 5现在将 − 4L2 和L3 相加,就可将L3 中的y 消除:L3 + -4 L2 → L3其结果是:2x + y - z = 81/2y + 1/2z = 1-z = 1这样就完成了整个算法的初步,一个三角形的格式(指:变量的格式而言,上例中的变量各为3,2,1个)出现了。第二步,就是由尾至头地将已知的答案代入其他等式中的未知数。第一个答案就是:z = -1然后就可以将z 代入L2 中,立即就可得出第二个y = 3之后,将z 和y 代入L1 之中,最后一个答案就出来了:x = 2就是这样,这个方程组就被高斯消元法解决了。这种算法可以用来解决所有线性方程组。即使一个方程组不能被化为一个三角形的格式,高斯消元法仍可找出它的解。例如在第一步化简后,L2 及L3 中没有出现任何y ,没有三角形的格式,照着高斯消元法而产生的格式仍是一个行梯阵式。这情况之下,这个方程组会有超过一个解,当中会有至少一个变量作为答案。每当变量被锁定,就会出现一个解。通常人或电脑在应用高斯消元法的时候,不会直接写出方程组的等式来消去未知数,反而会使用矩阵来计算。以下就是使用矩阵来计算的例子:2 1 -1 8-3 -1 2 -11-2 1 2 -3跟着以上的方法来运算,这个矩阵可以转变为以下的样子:2 1 -1 80 1/2 1/2 10 0 -1 1这矩阵叫做“行梯阵式”。最后,可以利用同样的算法产生以下的矩阵,便可把所得出的解或其限制简明地表示出来:

1、 0 0 20 1 0 30 0 1 -1最后这矩阵叫做“简化行梯阵式”,亦是高斯-约当消元法指定的步骤。

其他答案

2023-10-23 15:16:25

高斯消去法,又称高斯消元法,实际上就是我们俗称的加减消元法。 数学上,高斯消去法或称高斯-约当消去法,由高斯和约当得名(很多人将高斯消去作为完整的高斯-约当消去的前半部分),它是线性代数中的一个算法,用于决定线性方程组的解,决定矩阵的秩,以及决定可逆方矩阵的逆。

当用于一个矩阵时,高斯消去产生“行消去梯形形式”。

一个二元一次方程组,设法对每个等式进行变形,使两个等式中的同一个未知数的系数相等,这两个等式相减,得到一个新的等式,在这个新的等式中,系数相等的未知数就被除去了(系数为0)。

同样的也适合多元多次方程组。高斯消元是求解线性方程组的重要方法,在OI中有广泛的应用。本文就来讨论这个方法。 什么是线性方程组?含m个方程和n个未知量的方程组定义为 a(11)x(1)+a(12)x(2)+...+a(1n)x(n)=b(1) a(21)x(1)+a(22)x(2)+...+a(2n)x(n)=b(2) ... a(m1)x(1)+a(m2)x(2)+...+a(mn)x(n)=b(m) 这个方程组称为m*n线性方程组,其中a(ij)和b(i)为实数,括号中为下标。 这个方程组有多种表示方法。

例如,我们知道m*n矩阵(用大写字母表示)是一个m行n列的数阵,n维向量(用加粗的小写字母表示)是n个数的数组,也就是一个n*1矩阵(列向量。我们不考虑行向量)。

另外,大家也都知道矩阵乘法。

因此一个m*n线性方程组可以表示为 Ax=b,其中A是由系数aij组成的m*n矩阵即系数矩阵,x是n维的未知数向量,b是m维的结果向量。

如果把向量b写到A的右边得到m*(n+1)的矩阵,得到的新矩阵称为这个方程组的增广矩阵。

每一个方程组均对应于一个增广矩阵。

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