高斯消元法——求解線性方程組
阿新 • • 發佈:2019-02-11
學習了《挑程》中的高斯消元法,它是求解最基礎的線性方程組(未知數個數和方程個數相等,並且有唯一解)的演算法。
首先舉一個例子:求解如下方程組:
我們手算一下這個方程組,過程如下:
1. ② - 4*①;③ - 7*①,得到如下式子:
2. ②兩邊同除以3,得到:
3. ① - ②*(-2);③-②*6,得到:
4. 從③式得到
我們這是平時手算的過程,但是一旦學習過線性代數這門課程,我們就不用再寫方程式了,直接寫矩陣的形式,還是這個例子,我們便可以寫成如下矩陣:
此矩陣為增廣矩陣,豎線之前的矩陣為方程組的係數矩陣
所以方程組的運算就是對增廣矩陣進行相關操作,而在我們的高階語言中,可以通過二維陣列來表示此矩陣,當然也可以使用vector來表示。
具體程式碼如下:
#include<cstdio>
#include<vector>
#include<cmath>
#include<algorithm>
using namespace std;
const double EPS = 1E-8;
typedef vector<double> vec;
typedef vector<vec> mat;
vec gauss_jordan(const mat &A, const vec &b)
{
int n = A.size(); //n個未知數
mat B(n, vec(n+1)); //初始化增廣矩陣
for(int i=0; i<n; i++)
{
for(int j=0; j<n; j++)
{
B[i][j] = A[i][j]; //係數矩陣
}
}
for(int i=0; i<n; i++)
{
B[i][n] = b[i]; //常數矩陣
}
//把正在處理的未知數係數的絕對值最大的式子換到第i行
for(int i=0; i<n; i++)
{
int pivot = i;
for(int j=i; j<n; j++)
{
if(abs(B[j][i]) > abs(B[pivot][i]))
pivot = j;
}
swap(B[i], B[pivot]);
//無解或者有無窮解
if(abs(B[i][i]) < EPS) return vec();
//把正在處理的未知數的係數變為1
double k = B[i][i];
for(int j=i; j<=n; j++) B[i][j] /= k;
for(int j=0; j<n; j++)
{
if(i != j)
{
//從第j個式子中消去第i個未知數
for(int k=i+1; k<=n; k++)
{
B[j][k] -= B[j][i] * B[i][k];
}
}
}
// for(int j=0; j<n; j++)
// {
// for(int k=0; k<n+1; k++)
// {
// printf("%f ",B[j][k]);
// }
// printf("\n");
// }
// printf("--------------------\n");
}
vec x(n);
for(int i=0; i<n; i++)
{
x[i] = B[i][n];
}
return x;
}
int main()
{
freopen("input.txt", "r", stdin);
int n;
scanf("%d", &n);
mat A(n, vec(n));
vec b(n);
double u;
for(int i=0; i<n; i++)
{
for(int j=0; j<n; j++)
{
scanf("%lf", &A[i][j]);
}
}
for(int i=0; i<n; i++)
{
scanf("%lf", &b[i]);
}
vec c = gauss_jordan(A, b);
for(int i=0; i<c.size(); i++)
{
printf("%f ",c[i]);
}
return 0;
}