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[数值算法]求根算法系列小结

王朝other·作者佚名  2006-02-01
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[数值算法]求根算法系列小结

1二分求根法:

二分求根法主要用的思想是不断调整并缩小搜索区间的大小,当搜索区间的大小已小于搜索精度要求时,则可说明已找到满足条件的近拟根.

当然,在这之前,首先是要准确的估计出根所处的区间,否则,是找不到根的。

Type binaryPationMethod(Type x1,Type x2,Type e,Type (*arguF)(Type),FILE* outputFile)

{

Type x;/*The return answer*/

Type mid;

Type down,up;

int iteratorNum=0;

down=x1;

up=x2;

assertF(x1<=x2,"in twoPation x1>=x2");

assertF(arguF!=NULL,"in twoPation arguF is NULL");

assertF(outputFile!=NULL,"in twoPation outputFile is NULL");

assertF((*arguF)(x1)*(*arguF)(x2)<=0,"in twoPation,f(x1)*f(x2)>0");

fprintf(outputFile,"down\t\tup\t\t\r\n");

/*two pation is a method that is surely to find root for a formula*/

while(fabs(up-down)>(float)1/(float)2*e)

{

mid=(down+up)/2;

if ((*arguF)(mid)==0)

break;

else if(((*arguF)(down))*((*arguF)(mid))>0)

down=mid;

else

up=mid;

fprintf(outputFile,"%-12f%-12f\r\n",down,up);

iteratorNum++;

}

/*get the answer*/

x=mid;

/*Output Answer*/

fprintf(outputFile,"total iterator time is:%d\r\n",iteratorNum);

fprintf(outputFile,"a root of equation is :%f\r\n",x);

return x;

}

测试1:用二分法求:

f(x)=x^3-x^2-2*x+1=0在(0,1)附近的根.

精度:0.001.

Output:

down up

0.000000 0.500000

0.250000 0.500000

0.375000 0.500000

0.437500 0.500000

0.437500 0.468750

0.437500 0.453125

0.437500 0.445313

0.441406 0.445313

0.443359 0.445313

0.444336 0.445313

0.444824 0.445313

total iterator time is:11

a root of equation is :0.444824

2迭代法:

迭代法首先要求方程能够化到x=fi(x)的形式,并且还要保证这个式子在所给定的区间范围内满足收敛要求.

主要的迭代过程是简单的,就是:

x_k+1=fi(xk)

当xk+1-xk满足精度要求时,则表示已找到方程的近拟根.

Type iteratorMethod(Type downLimit,Type upLimit,Type precise,Type (*fiArguF)(Type),FILE* outputFile)

{

Type xk;

int iteratorNum=0;

assertF(downLimit<=upLimit,"in iteratorMethod x1>=x2");

assertF(fiArguF!=NULL,"in iteratorMethod arguF is NULL");

assertF(outputFile!=NULL,"in iteratorMethod outputFile is NULL");

xk=downLimit;

fprintf(outputFile,"k\t\tXk\t\t\r\n");

fprintf(outputFile,"%-12d%-12f\r\n",iteratorNum,xk);

iteratorNum++;

while(fabs((*fiArguF)(xk)-xk)>(float)1/(float)2*precise)

{

/*in mathematic,reason:*/

/*

xk_1=(*fiArguF)(xk);

*/

xk=(*fiArguF)(xk);

fprintf(outputFile,"%-12d%-12f\r\n",iteratorNum,xk);

iteratorNum++;

}

fprintf(outputFile,"root finded at x=%f\r\n",xk);

return xk;

}

测试2:用迭代法求解方程

f(x)=1/(x+1)^2的近似根.

根的有效区间在(0.4,0.55).

精度为0.0001.

Output:

k Xk

0 0.400000

1 0.510204

2 0.438459

3 0.483287

4 0.454516

5 0.472675

6 0.461090

7 0.468431

8 0.463759

9 0.466724

10 0.464839

11 0.466037

12 0.465276

13 0.465759

14 0.465452

15 0.465647

16 0.465523

17 0.465602

18 0.465552

root finded at x=0.465552

3Aitken加速法

Aitken也是基于迭代法的一种求根方案,所不同的是它在迭代式的选取上做了一些工作,使得迭代的速度变得更快.

Type AitkenAccMethod(Type startX,Type precise,Type (*fiArguF)(Type),FILE* outputFile)

{

Type xk;

int iteratorNum=0;

assertF(fiArguF!=NULL,"in AitkenAccMethod arguF is NULL");

assertF(outputFile!=NULL,"in AitkenAccMethod outputFile is NULL");

xk=startX;

fprintf(outputFile,"k\t\tXk\t\t\r\n");

fprintf(outputFile,"%-12d%-12f\r\n",iteratorNum,xk);

iteratorNum++;

while(fabs((*fiArguF)(xk)-xk)>(float)1/(float)2*precise)

{

xk=(xk*(*fiArguF)((*fiArguF)(xk))-(*fiArguF)(xk)*(*fiArguF)(xk))/((*fiArguF)((*fiArguF)(xk))-2*(*fiArguF)(xk)+xk);

fprintf(outputFile,"%-12d%-12f\r\n",iteratorNum,xk);

iteratorNum++;

}

fprintf(outputFile,"root finded at x=%f\r\n",xk);

return xk;

}

测试3:Aitken迭代加速算法的应用

计算的是方程

x=1/(x+1)^2在x=0.4附近的近似根.

精度:0.0001

Ouput:

k Xk

0 0.400000

1 0.466749

2 0.465570

root finded at x=0.465570

4牛顿求根法:

牛顿求根法通过对原方程切线方程的变换,保证了迭代结果的收敛性,唯一麻烦的地方是要提供原函数的导数:

Type NewTownMethod(Type startX,Type precise,Type (*fiArguF)(Type),Type (*fiArguFDao)(Type),FILE* outputFile)

{

Type xk;

int iteratorNum=0;

assertF(fiArguF!=NULL,"in NewTownMethod,arguF is NULL\n");

assertF(fiArguFDao!=NULL,"in NewTownMethod,fiArguFDao is NULL\n");

assertF(outputFile!=NULL,"in NewTownMethod,fiArguFDao is NULL\n");

xk=startX;

fprintf(outputFile,"k\t\tXk\t\t\r\n");

fprintf(outputFile,"%-12d%-12f\r\n",iteratorNum,xk);

iteratorNum++;

while(fabs((*fiArguF)(xk)/(*fiArguFDao)(xk))>(float)1/(float)2*precise)

{

/*

Core Maths Reason

Xk+1=Xk-f(Xk)/f'(Xk);

*/

xk=xk-(*fiArguF)(xk)/(*fiArguFDao)(xk);

fprintf(outputFile,"%-12d%-12f\r\n",iteratorNum,xk);

iteratorNum++;

}

fprintf(outputFile,"root finded at x=%f\r\n",xk);

return xk;

}

测试4:牛顿求根法的应用:

被求方程为:f(x)=x(x+1)^2-1=0

其导数为:f'(x)=(x+1)(3x+1)

所求其在0.4附近的近似根.

精度为0.00001

Output:

k Xk

0 0.400000

1 0.470130

2 0.465591

3 0.465571

root finded at x=0.465571

5割线法(快速弦截法):

是用差商来代替避免求f’(x)的一种方案,由这种迭代式产生的结果序列一定是收敛的.

Type geXianMethod(Type down,Type up,Type precise,Type (*fiArguF)(Type),FILE* outputFile)

{

Type xk,xk_1,tmpData;

int iteratorNum=0;

assertF(fiArguF!=NULL,"in geXian method,fiArguF is null\n");

assertF(outputFile!=NULL,"in geXian method,outputFile is null\n");

assertF(down<=up,"in geXian method,down>up\n");

xk_1=down;

xk=up;

fprintf(outputFile,"k\t\tXk_1\t\tXk\t\t\r\n");

fprintf(outputFile,"%-12d%-12f%-12f\r\n",iteratorNum,xk_1,xk);

iteratorNum++;

while(fabs(xk-xk_1)>(float)1/(float)2*precise)

{

tmpData=xk;

xk=xk-(*fiArguF)(xk)*(xk-xk_1)/((*fiArguF)(xk)-(*fiArguF)(xk_1));

xk_1=tmpData;

fprintf(outputFile,"%-12d%-12f%-12f\r\n",iteratorNum,xk_1,xk);

iteratorNum++;

}

fprintf(outputFile,"root finded at x=%f\r\n",xk);

return xk;

}

测试5:割线法的应用:

所求的方程为:

f(x)=x*(x+1)^2-1=0

寻根范围:[0.4,0.6]

精度:0.00001

Output:L

k Xk_1 Xk

0 0.400000 0.600000

1 0.600000 0.457447

2 0.457447 0.464599

3 0.464599 0.465579

4 0.465579 0.465571

5 0.465571 0.465571

root finded at x=0.465571

我的演示程序的源码下载:

http://free3.e-168.cn/as2forward/downloads/feature_FindRoot.rar

//如果上面这个链接无法响应下载(有可能是被网站给屏蔽掉了),则可使用下载工具(如迅雷等)下载。

 
 
 
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