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文檔簡(jiǎn)介
1、<p> 1 經(jīng)典四階龍格庫(kù)塔法解一階微分方程組</p><p><b> 1.1算法說(shuō)明:</b></p><p> 4階龍格-庫(kù)塔方法(RK4)可模擬N=4的泰勒方法的精度。這種算法可以描述為,自初始點(diǎn)開始,利用</p><p> 生成的近似序列,其中</p><p> 1.2 用龍格庫(kù)塔法求解求
2、解微分方程</p><p><b> 滿足初值條件:</b></p><p> 1.3 算法流程圖:</p><p> 圖1-1 四階龍格庫(kù)塔法解一階微分方程組</p><p><b> 1.4 程序調(diào)試:</b></p><p> 組建調(diào)試,確保程序可運(yùn)行時(shí)輸入初
3、值,區(qū)間,步長(zhǎng)。</p><p> 1.5 程序運(yùn)行運(yùn)行界面及運(yùn)行結(jié)果:</p><p> 圖1-2 四階龍格庫(kù)塔法解一階微分方程組</p><p> 1.6 源程序代碼:</p><p> #include<iostream></p><p> #include<iomanip>&l
4、t;/p><p> using namespace std;</p><p> #define N 10</p><p> float ff(float t,float xx,float yy)</p><p><b> { </b></p><p> xx=xx+2*yy;</p&
5、gt;<p> return xx;</p><p><b> }</b></p><p> float gg(float t,float xx,float yy)</p><p><b> { </b></p><p> yy=3*xx+2*yy;</p>&
6、lt;p> return yy;</p><p><b> }</b></p><p> void rks4(float xx[N],float yy[N],float tt[N],double a,double b)</p><p> { float h,p1,p2,p3,p4,q1,q2,q3,q4;</p>&
7、lt;p><b> xx[0]=6;</b></p><p><b> yy[0]=4;</b></p><p><b> int i,p;</b></p><p> h=(b-a)/N;</p><p> for(p=0;p<N;p++)</p&g
8、t;<p> tt[p]=a+h*p;</p><p> for(i=0;i<N;i++)</p><p> { p1=h*ff(tt[i],xx[i],yy[i]);</p><p> q1=h*gg(tt[i],xx[i],yy[i]);</p><p> p2=h*ff(tt[i]+h/2,xx[i]+p1
9、/2,yy[i]+q1/2);</p><p> q2=h*gg(tt[i]+h/2,xx[i]+p1/2,yy[i]+q1/2);</p><p> p3=h*ff(tt[i]+h/2,xx[i]+p2/2,yy[i]+q2/2);</p><p> q3=h*gg(tt[i]+h/2,xx[i]+p2/2,yy[i]+q2/2);</p>&
10、lt;p> p4=h*ff(tt[i]+h,xx[i]+p3,yy[i]+q3);</p><p> q4=h*gg(tt[i]+h,xx[i]+p3,yy[i]+q3);</p><p> xx[i+1]=xx[i]+(p1+2*p2+2*p3+p4)/6;</p><p> yy[i+1]=yy[i]+(q1+2*q2+2*q3+q4)/6;<
11、;/p><p><b> }</b></p><p><b> }</b></p><p> int main()</p><p><b> { </b></p><p> float xx[N],yy[N],tt[N];</p>&
12、lt;p> rks4(xx,yy,tt,0,0.2);</p><p> int i,j,k;</p><p> for(i=0;i<N;i++) </p><p> cout<<setw(5)<<tt[i]<<" ";</p><p> cout<<
13、;endl;</p><p> for(j=0;j<N;j++)</p><p> cout<<setw(5)<<xx[j]<<" ";</p><p> cout<<endl;</p><p> for(k=0;k<N;k++)</p>
14、<p> cout<<setw(6)<<yy[k]<<" ";</p><p> cout<<endl;</p><p><b> return 0;</b></p><p><b> }</b></p><p>
15、; 2 高斯列主元法解線性方程組 </p><p><b> 2.1 算法說(shuō)明:</b></p><p> Gauss列主元序消元法主要根據(jù)線性方程組人以交換兩個(gè)方程的次序,方程組的同解解性不變,且解的分量次序也不變。于是,第k步在順序?qū)W消元法進(jìn)行之前,從Ak的第k’列元素a[k][k],a[k+1][k],……a[n][k]中選出絕對(duì)值最大者,并進(jìn)行記錄所在行
16、,即</p><p> |a[i][k]|=max|a[i][k]|</p><p> 如果l不等k,則交換矩陣的第k’行與第l列所對(duì)應(yīng)的元素,然后,再進(jìn)行第k步順序消元法。</p><p> 2.2 算法流程圖:</p><p> 圖2-1 高斯列主元法解線性方程組</p><p> 2.3高斯列主元程序調(diào)
17、試:</p><p> 對(duì)所編寫的高斯列主元程序進(jìn)行編譯和鏈接,然后執(zhí)行得如下所示的窗口,我們按命令輸入增廣矩陣的行數(shù)為3,輸入3行4列的增廣矩陣運(yùn)行。</p><p> 2.4 程序運(yùn)行運(yùn)行界面及運(yùn)行結(jié)果:</p><p> 圖2-2 高斯列主元法解線性方程組</p><p> 2.5 源程序代碼:</p><
18、p> #include<iostream></p><p> #include<stdlib.h></p><p> #include<cmath ></p><p> using namespace std;</p><p> int FindMax(int p,int N,double
19、*A)</p><p> {int i=0,j=0;</p><p> double max=0.0;</p><p> for(i=p;i<N;i++)</p><p> {if(fabs(A[i*(N+1)+p])>max)</p><p><b> {</b></
20、p><p><b> j=i;</b></p><p> max=fabs(A[i*(N+1)+p]);</p><p><b> }</b></p><p><b> }</b></p><p><b> return j;</b
21、></p><p><b> }</b></p><p> void ExchangeRow(int p,int j,double *A,int N)</p><p><b> {</b></p><p><b> int i=0;</b></p>
22、<p> double C=0.0;</p><p> for(i=0;i<N+1;i++)</p><p><b> {</b></p><p> C=A[p*(N+1)+i];</p><p> A[p*(N+1)+i]=A[j*(N+1)+i];</p><p>
23、 A[j*(N+1)+i]=C;</p><p><b> }</b></p><p><b> }</b></p><p> void uptrbk(double *A,int N)</p><p><b> {</b></p><p> i
24、nt p=0,k=0,q=0,j=0;</p><p> double m=0.0;</p><p> for(p=0;p<N-1;p++)</p><p><b> {</b></p><p> j=FindMax(p,N,A);</p><p> ExchangeRow(p,j
25、,A,N);</p><p> if(A[p*(N+1)+p]==0)</p><p><b> {</b></p><p> cout<<"矩陣是一個(gè)奇異矩陣。沒有唯一解。";</p><p><b> break;</b></p><p
26、><b> }</b></p><p> for(k=p+1;k<N;k++)</p><p><b> {</b></p><p> m=A[k*(N+1)+p]/A[p*(N+1)+p];</p><p> for(q=p;q<N+1;q++)</p>
27、<p> A[k*(N+1)+q]=A[k*(N+1)+q]-m*A[p*(N+1)+q];</p><p><b> }</b></p><p><b> }</b></p><p> cout<<endl;</p><p> cout<<"增
28、廣矩陣高斯列主元消去后的矩陣為:"<<endl;</p><p> for(j=0;j<N*(N+1);j++)</p><p><b> {</b></p><p> if(j%(N+1)==0)</p><p> cout<<endl;</p><p
29、> cout<<A[j];</p><p><b> }</b></p><p><b> }</b></p><p> double* backsub(double *A,int N)</p><p><b> {</b></p>&
30、lt;p> double* X=NULL,temp=0.0;</p><p> int k=0,i=0;</p><p> X=(double*)malloc(N*sizeof(double));</p><p> X[N-1]=A[(N-1)*(N+1)+N]/A[(N-1)*(N+1)+N-1];</p><p> for
31、(k=N-2;k>=0;k--)</p><p><b> {</b></p><p><b> temp=0.0;</b></p><p> for(i=k+1;i<N;i++)</p><p> temp=temp+A[k*(N+1)+i]*X[i];</p>
32、<p> X[k]=(A[k*(N+1)+N]-temp)/A[k*(N+1)+k];</p><p><b> }</b></p><p><b> return X;</b></p><p><b> }</b></p><p> int main()&
33、lt;/p><p><b> {</b></p><p> int N=0,i=0;</p><p> double *A=NULL,*X=NULL;</p><p> cout<<endl;</p><p> cout<<"請(qǐng)輸入待求解方程組的增廣矩陣的行
34、數(shù):";</p><p><b> cin>>N;</b></p><p> A=(double*)calloc(N*(N+1),sizeof(double));</p><p> cout<<"請(qǐng)輸入待求解方程組的增廣矩陣:"<<endl;</p><
35、p> for(i=0;i<N*(N+1);i++)</p><p> cin>>A[i];</p><p> system("cls");</p><p> cout<<"方程的增廣矩陣為:"<<endl;</p><p> for(i=0;i&
36、lt;N*(N+1);i++)</p><p><b> {</b></p><p> if(i%(N+1)==0) </p><p> cout<<endl;</p><p> cout&l
37、t;<A[i]<<" ";</p><p><b> }</b></p><p> uptrbk(A,N);</p><p> X=backsub(A,N);</p><p> cout<<endl;</p><p> cout<&
38、lt;"方程組的解為:"<<endl;</p><p> for(i=0;i<N;i++)</p><p> cout<<X[i]<<" ";</p><p><b> free(A);</b></p><p><b>
39、free(X);</b></p><p> cout<<endl;</p><p><b> exit(0);</b></p><p><b> }</b></p><p> 3 牛頓法解非線性方程組</p><p><b> 3.
40、1 算法說(shuō)明:</b></p><p><b> 設(shè)已知。</b></p><p><b> 第1步:計(jì)算函數(shù)</b></p><p> 第2步:計(jì)算雅可比矩陣</p><p> 第3步:求線性方程組</p><p><b> 的解。</
41、b></p><p><b> 第4步:計(jì)算下一點(diǎn)</b></p><p><b> 重復(fù)上述過(guò)程。</b></p><p> 3.2 用牛頓法解方程組</p><p> 3.3 算法流程圖:</p><p> 圖3-1 牛頓法解非線性方程組</p&g
42、t;<p><b> 3.4 程序調(diào)試:</b></p><p> 編譯組建并運(yùn)行程序。</p><p> 3.5 程序運(yùn)行運(yùn)行界面及運(yùn)行結(jié)果:</p><p> 圖3-2 牛頓法解非線性方程組</p><p> 3.6 源程序代碼:</p><p> #include&
43、lt;iostream></p><p> #include<stdlib.h></p><p> #include<cmath ></p><p> #define N 2</p><p> #define eps 2.2204e-16</p><p> using names
44、pace std;</p><p> double* MatrixMultiply(double* J,double Y[]);</p><p> double*Inv(double*J); double norm(double Q[]);</p><p>
45、 double* F(double X[]);</p><p> double* JF(double X[]);</p><p> int method(double* Y,double epsilon);</p><p> int newdim(double P[],double delta,double epsilon,int max1,double *
46、err)</p><p> {double *Y=NULL,*J=NULL,Q[2]={0},*Z=NULL,*temp=NULL;</p><p> double relerr=0.0;</p><p> int k=0,i=0,iter=0;</p><p><b> Y=F(P);</b></p>
47、;<p> for(k=1;k<max1;k++)</p><p><b> {J=JF(P);</b></p><p> temp=MatrixMultiply(Inv(J),Y);</p><p> for(i=0;i<N;i++)</p><p> Q[i]=P[i]-temp[
48、i];</p><p><b> Z=F(Q);</b></p><p> for(i=0;i<N;i++)</p><p> temp[i]=Q[i]-P[i];</p><p> *err=norm(temp);</p><p> relerr=*err/(norm(Q)+ep
49、s);</p><p> for(i=0;i<N;i++)</p><p> P[i]=Q[i];</p><p> for(i=0;i<N;i++)</p><p> Y[i]=Z[i];</p><p><b> iter=k;</b></p><p&
50、gt; if((*err<delta)||(relerr<delta)||method(Y,epsilon))</p><p><b> break;</b></p><p><b> }</b></p><p> return iter;</p><p><b>
51、}</b></p><p> int method(double* Y,double epsilon)</p><p><b> {</b></p><p> if(fabs(Y[0])<epsilon&&fabs(Y[1])<epsilon)</p><p><b&g
52、t; return 1;</b></p><p><b> else</b></p><p><b> return 0;</b></p><p><b> }</b></p><p> double *MatrixMultiply(double* J,d
53、ouble Y[])</p><p><b> {</b></p><p> double *X=NULL;</p><p> int i=0,j=0;</p><p> X=(double*)malloc(N*sizeof(double));</p><p> for(i=0;i<
54、;N;i++)</p><p><b> X[i]=0;</b></p><p> for(i=0;i<N;i++)</p><p> for(j=0;j<N;j++)</p><p> X[i]+=J[i*N+j]*Y[j];</p><p><b> retur
55、n X;</b></p><p><b> }</b></p><p> double *Inv(double *J)</p><p><b> {</b></p><p> double X[4]={0},temp=0.0;</p><p><b&
56、gt; int i=0;</b></p><p> temp=1/(J[0]*J[3]-J[1]*J[2]);</p><p> X[0]=J[3];</p><p> X[1]=-J[1];</p><p> X[2]=-J[2];</p><p> X[3]=J[0];</p>
57、<p> for(i=0;i<4;i++)</p><p> J[i]=temp*X[i];</p><p><b> return J;</b></p><p><b> }</b></p><p> double norm(double Q[])</p>
58、<p> {double max=0.0;</p><p><b> int i=0;</b></p><p> for(i=0;i<N;i++)</p><p> {if(Q[i]>max)</p><p><b> max=Q[i];</b></p>
59、<p><b> }</b></p><p> return max;</p><p><b> }</b></p><p> double* F(double X[])</p><p> { double x=X[0];</p><p> do
60、uble y=X[1];</p><p> double *Z=NULL;</p><p> Z=(double*)malloc(2*sizeof(double));</p><p> Z[0]=x*x-2*x-y+0.5;</p><p> Z[1]=x*x+4*y*y-4;</p><p><b>
61、; return Z;</b></p><p><b> }</b></p><p> double* JF(double X[])</p><p> { double x=X[0];</p><p> double y=X[1];</p><p> double *W
62、=NULL;</p><p> W=(double*)malloc(4*sizeof(double));</p><p> W[0]=2*x-2;</p><p> W[1]=-1; W[2]=2*x;</p>&l
63、t;p><b> W[3]=8*y;</b></p><p><b> return W;</b></p><p><b> }</b></p><p> int main()</p><p> {double P[2]={0};</p><
64、p> double delta=0.0,epsilon=0.0,err=0.0; </p><p> int max1=0,iter=0,i=0;</p><p> cout<<"牛頓法解非線性方程組:\nx^2-2*x-y+0.5=0\nx^2+4*y^2-4=0\n";</p><p> cout<<&q
65、uot;輸入的初始近似值x0,y0"<<'\n';</p><p> for(i=0;i<2;i++)</p><p> cin>>P[i];</p><p> cout<<endl;</p><p> cout<<"請(qǐng)依次輸入P的誤差限,F(xiàn)(P
66、)的誤差限,最大迭代次數(shù)"<<'\n';</p><p> cin>>delta>>epsilon>>max1;</p><p> iter=newdim(P,delta,epsilon,max1,&err);</p><p> cout<<"收斂到P的解為
67、:"<<'\n';</p><p> for(i=0;i<2;i++)</p><p> cout<<P[i]<<" ";</p><p> cout<<endl;</p><p> cout<<"迭代次數(shù)為:&
68、quot;<<iter;</p><p> cout<<endl;</p><p> cout<<"誤差為:"<<err<<endl;</p><p><b> return 0;</b></p><p><b> }<
69、;/b></p><p> 4 龍貝格求積分算法</p><p><b> 4.1算法說(shuō)明</b></p><p> 生成的逼近表,并以為最終解來(lái)逼近積分</p><p> 逼近存在于一個(gè)特別的下三角矩陣中,第0列元素用基于個(gè)[a,b]子區(qū)間的連續(xù)梯形方法計(jì)算,然后利用龍貝格公式計(jì)算。當(dāng)時(shí),第行的元素為&l
70、t;/p><p> 當(dāng)時(shí),程序在第行結(jié)束。</p><p><b> 4.2 求積分方程</b></p><p> 4.3 算法流程圖:</p><p> 圖4-1 龍貝格求積分算法</p><p><b> 4.4 程序調(diào)試</b></p><p&
71、gt; 編譯組建并運(yùn)行程序。</p><p> 4.5 程序運(yùn)行運(yùn)行界面及運(yùn)行結(jié)果</p><p> 圖4-2 龍貝格求積分算法</p><p><b> 4.6 源程序代碼</b></p><p> #include<iostream></p><p> #includ
72、e<cmath></p><p> using namespace std;</p><p> double f(double x)</p><p> {returnx*x;</p><p><b> }</b></p><p> int main()</p>
73、<p> {int M=1,n=0,p=0,K=0,i=0,j=0,J=0;</p><p> double h=0.0,a=0.0,b=0.0,err=1.0,quad=0.0,s=0.0,x=0.0,tol=0.0;</p><p> double R[30][30]={0};</p><p><b> a=0;</b>
74、</p><p><b> b=1;</b></p><p><b> h=b-a;</b></p><p><b> n=4;</b></p><p> tol=0.000001;</p><p> cout<<"求解函
75、數(shù)y=x*x在(0,1)上的龍貝格矩陣"<<'\n';</p><p> cout<<"龍貝格矩陣最大行數(shù)為:"<<n<<"誤差限為:"<<tol;</p><p> R[0][0]=h*(f(a)+f(b))/2;</p><p>
76、while(((err>tol)&&(J<n))||(J<4))</p><p><b> {</b></p><p><b> J=J+1;</b></p><p><b> h=h/2;</b></p><p><b>
77、s=0;</b></p><p> for(p=1;p<=M;p++) </p><p><b> {</b></p><p> x=a+h*(2*p-1); </p><p><b> s=s+f(x);</b></p><p><b>
78、 }</b></p><p> R[J][0]=R[J-1][0]/2+h*s;</p><p><b> M=2*M;</b></p><p> for(K=1;K<=J;K++)</p><p><b> {</b></p><p> R[J
79、][K]=R[J][K-1]+(R[J][K-1]-R[J-1][K-1])/(pow(4,K)-1);</p><p><b> }</b></p><p> err=fabs(R[J-1][J-1]-R[J][K]);</p><p><b> }</b></p><p> quad=R
80、[J][J];</p><p> cout<<'\n';</p><p> cout<<"龍貝格矩陣為:"<<endl;</p><p> for(i=0;i<(J+1);i++)</p><p><b> {</b></p>
81、;<p> for(j=0;j<(J+1);j++)</p><p><b> {</b></p><p> cout<<R[i][j];</p><p><b> }</b></p><p> cout<<endl;</p>&l
82、t;p><b> }</b></p><p> cout<<endl;</p><p> cout<<"積分值為:"<<quad<<endl;</p><p> cout<<"誤差估計(jì)為"<<err<<end
83、l;</p><p> cout<<"使用過(guò)的最小步長(zhǎng):"<<h<<endl;</p><p><b> return 0;</b></p><p><b> }</b></p><p> 5 三次樣條插值算法(壓緊樣條)用C++語(yǔ)言進(jìn)
84、行編程計(jì)算依據(jù)計(jì)算結(jié)果,用Matlab畫圖并觀察三次樣條插值效果</p><p><b> 5.1 算法說(shuō)明</b></p><p> (i)如果導(dǎo)數(shù)已知,這是“最佳選擇”)三次緊壓樣條,確定,</p><p> (ii)natural三次樣條(一條“松弛曲線”)</p><p><b> ,</
85、b></p><p> (iii)外掛到端點(diǎn)</p><p> (iv) 是靠近端點(diǎn)的常量</p><p><b> ,</b></p><p> (v)在每個(gè)端點(diǎn)處指定</p><p><b> ,</b></p><p><b
86、> 5.2 程序調(diào)試:</b></p><p> 編譯組建并運(yùn)行程序。</p><p> 5.3 程序運(yùn)行運(yùn)行界面及運(yùn)行結(jié)果:</p><p> 圖5-1 樣條插值算法 </p><p> 借助Matlab繪制出以上三次壓緊樣條的函數(shù)圖像如
87、下所示</p><p> 表5-1 三次壓緊樣條的函數(shù)圖像</p><p> 5.4 源程序代碼:</p><p> #include<iostream></p><p> #include<stdlib.h></p><p> #define MAX 4</p><
88、;p> using namespace std;</p><p> double *diff(double X[],int n)</p><p><b> {int i=0;</b></p><p> double *H=NULL;</p><p> H=(double*)malloc((n-1)*siz
89、eof(double));</p><p> for(i=1;i<=n-1;i++)</p><p> {H[i-1]=X[i]-X[i-1];</p><p><b> }</b></p><p><b> return H;</b></p><p><
90、b> }</b></p><p> double *divide(double Y[],int N,double H[])</p><p><b> {</b></p><p><b> int i=0;</b></p><p> double *D=NULL;</
91、p><p> D=(double*)malloc(N*sizeof(double));</p><p> for(i=0;i<N;i++)</p><p><b> {</b></p><p> D[i]=Y[i]/H[i];</p><p><b> }</b>
92、</p><p><b> return D;</b></p><p><b> }</b></p><p> int main()</p><p><b> {</b></p><p> double X[MAX]={2,4,3,1},Y[M
93、AX]={1,2.5,3.4,4.2},S[MAX][MAX]={0},temp=0.0,M[MAX]={0};</p><p> int N=MAX-1,i=0,k=0;</p><p> double A[MAX-1-2]={0},B[MAX-1-1]={0},C[MAX-1-1]={0};</p><p> double dx0=0.2,dxn=1.0;
94、</p><p> double *H=NULL,*D=NULL,*U=NULL;</p><p> cout<<"求解經(jīng)過(guò)點(diǎn)(0,0.0),(1,0.5),(2,2.0)和(3,1.5)"<<'\n'<<"而且一階導(dǎo)數(shù)邊界條件S'(0)=0.2和S'(3)=-1的三次壓緊樣條曲線&quo
95、t;<<endl;</p><p> H=diff(X,MAX);</p><p> D=divide(diff(Y,MAX),N,H);</p><p> for(i=1;i<N-2;i++)</p><p> A[i]=H[i+1];</p><p> for(i=0;i<N-1;
96、i++)</p><p> B[i]=2*(H[i]+H[i+1]);</p><p> for(i=1;i<N-1;i++)</p><p> C[i]=H[i+1];</p><p> U=diff(D,N);</p><p> for(i=0;i<N;i++)</p><
97、p> U[i]=U[i]*6;</p><p> B[0]=B[0]-H[0]/2;</p><p> U[0]=U[0]-3*(D[0]-dx0);</p><p> B[N-2]=B[N-2]-H[N-1]/2;</p><p> U[N-2]=U[N-2]-3*(dxn-D[N-1]);</p><p
98、> for(k=2;k<=N-1;k++)</p><p><b> {</b></p><p> temp=A[k-2]/B[k-2];</p><p> B[k-1]=B[k-1]-temp*C[k-2];</p><p> U[k-1]=U[k-1]-temp*U[k-2];</p>
99、;<p><b> }</b></p><p> M[N-1]=U[N-2]/B[N-2];</p><p> for(k=N-2;k>=1;k--)</p><p> M[k]=(U[k-1]-C[k-1]*M[k+1])/B[k-1];</p><p> M[0]=3*(D[0]-dx0
100、)/H[0]-M[0]/2;</p><p> M[N]=3*(dxn-D[N-1])/H[N-1]-M[N-1]/2;</p><p> for(k=0;k<=N-1;k++)</p><p><b> {</b></p><p> S[k][0]=(M[k+1]-M[k])/(6*H[k]);</
101、p><p> S[k][1]=M[k]/2;</p><p> S[k][2]=D[k]-H[k]*(2*M[k]+M[k+1])/6;</p><p> S[k][3]=Y[k];</p><p><b> }</b></p><p> cout<<"求得的三次壓緊樣
102、條曲線的矩陣S為:"<<'\n';</p><p> for(i=0;i<MAX-1;i++)</p><p> {for(k=0;k<MAX;k++)</p><p><b> {</b></p><p> cout<<S[i][k];</p&
103、gt;<p><b> }</b></p><p> cout<<endl; </p><p><b> }</b></p><p> cout<<endl;&
104、lt;/p><p> for(i=0;i<N;i++) </p><p> cout<<"在區(qū)間(0,1)上的樣條為:"<<"y="<<S[i][0]<<"x^3+"<<S[i][1]<<"x^2+"<<S[i][2]&l
105、t;<"x+"<<S[i][3]<<endl;</p><p><b> return 0;</b></p><p><b> }</b></p><p> 6 M次多項(xiàng)式曲線擬合,據(jù)計(jì)算結(jié)果,用Matlab畫圖并觀察擬合效果</p><p>
106、<b> 6.1算法說(shuō)明:</b></p><p> 設(shè)有N個(gè)點(diǎn),橫坐標(biāo)是確定的。最小二乘拋物線的系數(shù)表示為</p><p> 求解A,B和C的線性方程組為</p><p> 6.2 待擬合多項(xiàng)式曲線的四個(gè)點(diǎn)為:</p><p> ?。?,4) (2,3) (3,2) (4,1)</p><p
107、> 6.3 算法流程圖:</p><p> 圖6-1 M次多項(xiàng)式曲線擬合</p><p><b> 6.4 程序調(diào)試:</b></p><p> 編譯組建并運(yùn)行程序。</p><p> 6.5 程序運(yùn)行運(yùn)行界面及運(yùn)行結(jié)果:</p><p><b> 圖6-2 曲線擬合&
108、lt;/b></p><p> 6.6 源程序代碼:</p><p> #include<iostream></p><p> #include<cmath></p><p> #define MAX 20</p><p> using namespace std;</p&
109、gt;<p> void inv(double X[MAX][MAX],int n,double E[MAX][MAX])</p><p> {int i=0,j=0,k=0;</p><p> double temp=0.0;</p><p> for(i=0;i<MAX;i++)</p><p><b&g
110、t; {</b></p><p> for(j=0;j<MAX;j++)</p><p><b> if(i==j)</b></p><p> E[i][j]=1;</p><p><b> }</b></p><p> for(i=0;i<
111、;n-1;i++)</p><p><b> {</b></p><p> temp=X[i][i];</p><p> for(j=0;j<n;j++)</p><p><b> {</b></p><p> X[i][j]=X[i][j]/temp;<
112、;/p><p> E[i][j]=E[i][j]/temp;</p><p><b> }</b></p><p> for(k=0;k<n;k++)</p><p><b> {</b></p><p><b> if(k==i)</b>&
113、lt;/p><p><b> continue;</b></p><p> temp=-X[i][i]*X[k][i];</p><p> for(j=0;j<n;j++)</p><p><b> {</b></p><p> X[k][j]=X[k][j]+t
114、emp*X[i][j];</p><p> E[k][j]=E[k][j]+temp*E[i][j];</p><p><b> }</b></p><p><b> }</b></p><p><b> }</b></p><p><b
115、> }</b></p><p> int main()</p><p><b> {</b></p><p> int n=0,M=0,i=0,j=0,k=0;</p><p> double X[MAX]={0},Y[MAX]={0},F[MAX][MAX]={0},B[MAX]={0};&
116、lt;/p><p> double A[MAX][MAX]={0},BF[MAX][MAX]={0},E[MAX][MAX]={0},C[MAX]={0};</p><p> cout<<" M次多項(xiàng)式曲線擬合"<<endl<<"請(qǐng)先輸入待擬合的點(diǎn)的個(gè)數(shù):"<<endl;<
117、/p><p><b> cin>>n;</b></p><p> cout<<endl;</p><p> cout<<"請(qǐng)輸入"<<n<<"個(gè)點(diǎn)的X坐標(biāo)序列:"<<endl;</p><p> for(i
118、=0;i<n;i++)</p><p> cin>>X[i];</p><p> cout<<endl;</p><p> cout<<"請(qǐng)輸入"<<n<<"個(gè)點(diǎn)的Y坐標(biāo)序列:"<<endl;</p><p> for
119、(i=0;i<n;i++)</p><p> cin>>Y[i];</p><p> cout<<"請(qǐng)輸入需要擬合的次數(shù):";</p><p><b> cin>>M;</b></p><p> for(i=0;i<n;i++)</p>
120、;<p> for(k=1;k<=M+1;k++)</p><p> F[i][k-1]=pow(X[i],k-1);</p><p> for(i=0;i<n;i++)</p><p><b> {</b></p><p> for(j=0;j<M+1;j++)</p&g
121、t;<p><b> {</b></p><p> BF[j][i]=F[i][j];</p><p><b> }</b></p><p><b> } </b></p><p> for(i=0;i<M+1;i++)</p>&l
122、t;p> for(j=0;j<M+1;j++)</p><p> for(k=0;k<n;k++)</p><p> A[i][j]+=BF[i][k]*F[k][j];</p><p> for(i=0;i<M+1;i++)</p><p> for(j=0;j<n;j++)</p>&
123、lt;p> B[i]+=BF[i][j]*Y[j];</p><p> inv(A,n,E);</p><p> for(i=0;i<M+1;i++)</p><p> for(j=0;j<n;j++)</p><p> C[i]+=E[i][j]*B[j];</p><p> cout&
124、lt;<endl;</p><p> cout<<"擬合后的"<<M<<"次多項(xiàng)式系數(shù)為,冪次由高到低:"<<endl;</p><p> for(i=M;i>=0;i--)</p><p><b> {</b></p>&l
125、t;p> cout<<C[i];</p><p><b> }</b></p><p> cout<<endl;</p><p> cout<<"擬合后的"<<M<<"次多項(xiàng)式為:"<<endl;</p>
126、<p> cout<<"P(x)=";</p><p> for(i=M;i>=0;i--)</p><p><b> {</b></p><p><b> if(i==0)</b></p><p> cout<<C[i];&
127、lt;/p><p><b> else</b></p><p> cout<<C[i]<<"*x^"<<"i";</p><p><b> }</b></p><p><b> return 0;</b&
128、gt;</p><p><b> }</b></p><p> 7 二分法解非線性方程f(x)=0</p><p><b> 7.1 算法說(shuō)明:</b></p><p> 開發(fā)第一個(gè)分類試射法萊尋找連續(xù)函數(shù)的零點(diǎn),起始區(qū)間必須滿足f(a)與f(b)的符號(hào)相反的條件。由于連續(xù)函數(shù)y=f(x)的
129、圖形無(wú)間斷,所以它會(huì)在零點(diǎn)x=r處跨過(guò)x軸,且r在區(qū)間內(nèi)。通過(guò)二分法可將區(qū)間內(nèi)的斷點(diǎn)逐步逼近零點(diǎn),知道得到一個(gè)任意小的包含零點(diǎn)的間隔。</p><p> 7.2 求f(x)==0的解,初始區(qū)間為[-2,0],精確到0.0001。</p><p> 7.3 算法流程圖:</p><p> 圖7-1 二分法解非線性方程</p><p>&l
130、t;b> 7.4 程序調(diào)試:</b></p><p> 編譯組建并運(yùn)行程序。</p><p> 7.5 程序運(yùn)行運(yùn)行界面及運(yùn)行結(jié)果:</p><p> 圖7-2 二分法解非線性方程</p><p> 7.6 源程序代碼:</p><p> #include <iostream>
131、</p><p> #include <cmath></p><p> using namespace std;</p><p> int main()</p><p> {double feval(double x);</p><p><b> int k=1;</b>&l
132、t;/p><p> double a,b,c,delta=0.00001,y1,y2,y3;</p><p> cout<< "input a,b:";</p><p> cin>>a>>b;</p><p> y1=feval(a);</p><p> y
133、2=feval(b);</p><p> while(b-a>delta||k<20)</p><p><b> {</b></p><p> c=(a+b)/2;</p><p> y3=feval(c);</p><p><b> if(y3==0)</b
134、></p><p><b> {</b></p><p><b> a=c;</b></p><p><b> b=c;</b></p><p><b> }</b></p><p> else if(y1*y3&g
135、t;0)</p><p><b> {</b></p><p><b> a=c;</b></p><p><b> y1=y3;</b></p><p><b> }</b></p><p><b> else
136、</b></p><p><b> {</b></p><p><b> b=c;</b></p><p><b> y2=y3;</b></p><p><b> }</b></p><p><b>
137、 k++;</b></p><p><b> }</b></p><p> c=(a+b)/2;</p><p> y3=feval(c);</p><p> cout<<"the solution is:"<<c<<endl;</p&g
138、t;<p><b> return 0;</b></p><p><b> }</b></p><p> double feval(double x)</p><p><b> {</b></p><p><b> double f;</
139、b></p><p> f=x*x-2*x+1;</p><p> return(f);</p><p><b> }</b></p><p><b> 8.泰勒多項(xiàng)式逼近</b></p><p><b> 8.1算法說(shuō)明:</b><
140、;/p><p> 設(shè),而是固定值。如果,則有,其中為用來(lái)近似f(x)的多項(xiàng)式:,誤差項(xiàng)形如,c為x和之間的某個(gè)值c=c(x)。</p><p> 8.2 運(yùn)行程序,無(wú)需任何輸入,程序直接輸出cos(x)的值,并將泰勒多項(xiàng)式逼近方法和系統(tǒng)自帶函數(shù)計(jì)算的cos(x)值進(jìn)行比較。</p><p><b> 8.3 程序調(diào)試:</b></p&g
141、t;<p> 編譯組建并運(yùn)行程序。</p><p> 8.4 程序運(yùn)行運(yùn)行界面及運(yùn)行結(jié)果:</p><p> 圖8-1 泰勒多項(xiàng)式逼近</p><p> 8.5 源程序代碼:</p><p> #include <iostream></p><p> #include <cm
142、ath></p><p> #define PI 3.14156</p><p> float cosx(float x);</p><p> float fun_cos(float x, int m);</p><p> int main()</p><p> {float x = PI/2;<
143、/p><p> printf("cos(%f)=%f\t使用系統(tǒng)函數(shù)cos計(jì)算\n",x,cos(x));//使用系統(tǒng)函數(shù)cos計(jì)算</p><p> printf("cos(%f)=%f\t使用泰勒公式計(jì)算\n",x,cosx(x));//使用泰勒公式計(jì)算</p><p><b> return 0;</b
144、></p><p><b> }</b></p><p> float fun_cos(float x, int m)</p><p> {float ret_val;</p><p><b> int i;</b></p><p> if (m%2 == 0
145、)</p><p> {ret_val = 1.0;}</p><p><b> else</b></p><p> {ret_val = -1.0;}</p><p> for (i=1;i<=2*m;i++)</p><p> {ret_val = ret_val * x/i;
146、}</p><p> return ret_val;</p><p><b> }</b></p><p> float cosx(float x)</p><p><b> {</b></p><p> float ret_val = 1.0;</p>
147、<p> float temp_ret;</p><p> int m = 1;</p><p> float Pi = 3.1415926;</p><p> if (x > 2*Pi || x < -2*Pi)</p><p> {x = x-((int)(x/(2*Pi)))*(2*Pi);}<
148、/p><p><b> do</b></p><p><b> {</b></p><p> temp_ret = fun_cos(x,m++);</p><p> ret_val += temp_ret;</p><p><b> }</b>&l
149、t;/p><p> while (temp_ret>0.00005 || temp_ret<-0.00005);</p><p> return ret_val;</p><p><b> }</b></p><p> 9 牛頓-拉夫森迭代法解非線性方程f(x)=0 </p><p&g
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