谷根代数值分析--上机实习报告Word格式.doc

1、的根，观察不同初试值条件下的收敛性，并给出你的结论【解】：2.1 算法分析（1） 二分法二分法伪代码如下所示;输入：，定义函数，给定精度输出：待解方程的根。while if 由于本题中恒大于0，不满足二分法的条件，故本例无法通过二分法求出方程的根。（2）牛顿迭代法牛顿迭代法迭代法迭代公式为：a）.对单根条件下，牛顿迭代法平方收敛，牛顿迭代法程序框图如下所示：b）. 对重根条件下，此时迭代公式修改为此时，牛顿迭代法至少平方收敛。（3）割线法割线法的迭代公式为：割线法是超线性收敛，其程序流程图为（4）斯蒂芬森迭代法斯蒂芬森迭代法的计算格式为斯蒂芬森迭代法程序流程图与牛顿迭代法类似。2.2迭代结果分

2、别取初试值为，运用牛顿迭代法、割线法（）、，斯蒂芬森法求得根如下（误差精度，数据结够为（format long）牛顿迭代法割线法斯蒂芬森法未考虑重根考虑重根10.75246478873231.01478873239430.69997632410230.989561085620320.79542362451241.00003635756930.69995263720680.999984872531130.83069135397221.00000000022030.75243574328150.999999999968240.85971455036201.00000000000000.778477

3、027629250.88364872892290.807419563780460.90342111644770.830533421415170.91977955805340.8514440083581640.99999581654950.9998927397768850.9999924537033表1 时，不同迭代方法迭代结果1.85294117647051.11764705882351.9677760435023 0.91869806268301.72588259231141.00224878683861.94066438382441.61639394463971.0000008425224

4、1.52231054116801.00000000000011.44169908122671.37283109171661.58495046417371.3141624872713651.00000853976191.0003773276313681.0000049419954951.0000075015608表2 时，不同迭代方法迭代结果2.3 分析通过表1、表2不难分析出如下结论：（1）牛顿法、割线法、斯蒂芬森法本题下均收敛，可以求出误差范围内的根。（2）对于重根情况下，牛顿法的收敛速度会变慢变为线性收敛。为解决这一问题，可以对牛顿迭代公式进行修正，此时至少能够保证迭代是平方收敛，使得求解

5、速度大大加快。（3）割线法的收敛速度小于牛顿法。（4）运用斯蒂芬森法可以对牛顿迭代法进行加速。三、本次实验的难点分析1、本次试验是数值分析课程的第一次试验，重温了matlab的基本语法与操作。由于本科时使用matlab主要是电力系统仿真即主要运用simlinuk模块，对于matlab中自定义函数的建立与运用还有欠缺。这是本次试验中耗时较多的部分。2、本次试验，原设计在牛顿迭代法程序中加入判断导数值是否是个小值（导数值为零）的过程，以防止分母出现较小的值。但是程序运行过程中导数值始终会接近于零而跳出，得不出解。为此不得不放弃这一思路。四、参考文献 1谷根代，杨晓忠等数值分析M北京：科学出版社，2

6、0112马东升，雷永军数值计算方法M北京：机械工业出版社，20083周路，陈渝等译数值方法（Matlab版）M北京：电子工业出版社，2010实验题目 插值与拟合1 掌握插值、拟合的基本概念、方法；2 理解牛顿插值法、三次样条插值原理、方法、步骤，理解最小二乘法的原理方法，会用计算机进行编程求解，懂得Runge现象及预防措施；1 区间作等距划分：以为节点对函数进行插值逼近。（1）分别取，用牛顿插值对进行逼近，并在同一坐标系下作出函数的图形，进行比较，写出插值函数对的逼近程度与节点个数之间的关系，并分析原因；（2）使用三次样条插值对进行逼近，在同一坐标系下画出图形，观察样条插值函数对的逼近程度与节

7、点个数的关系；（3）整体插值有和局限性？如何避免？2 已知一组数据如下，求其拟合曲线。89101114161819106.42108.2109.5110109.93110.49110.59110.6110.76111111.2（1）求以上数据形如的拟合曲线及其平方误差；（2）求以上数据形如的拟合曲线及其平方误差；（3）通过观察（1）、（2）的结果，写出你对数据拟合的认识。2.1.1 插值（1）牛顿插值法Lagrange 插值公式结构紧凑，便于理论分析。利用插值基函数也容易到插值多项式的，Lagrange 插值公式的缺点是，当插值节点增加，或其位置变化时，全部插值基函数均要随之变化，从而整个插值

8、公式的结构也发生变化，这在实际计算中是非常不利的。下面引入的Newton 插值公式可以克服这个缺点。Newton 插值多项式可以灵活地增加插值节点进行递推计算。该公式形式对称，结构紧凑，因而容易编写计算程序。Newton 插值多项式为：其中：称之为 f （x）在上的k 阶均差（或差商）。实际计算中，可以由差商表计算。，如下所示：表1 差商表牛顿迭代法程序流程图如下所示：（2）三次样条插值分段低次插值光滑性较差，对于像高速飞机的机翼形线，船体放样等型值线往往要求有二阶光滑度，即有二阶连续导数。三次样条函数 记为 它是定义在区间a, b 上的函数， 满足以下两个条件：1）. S（x） 在每一个小区

9、间上是一个三次多项式函数 ；2）. 在整个区间a,b上，其二阶导数存在且连续。 即在每个节点处的二阶导数连续。给定函数在n+1个节点处的函数值为 。要求：求一个三次样条函数，使其满足：如何确定三次样条函数在每一个小区间上的三次多项式函数的系数呢？这里只简介确定系数的思想。对于三次样条插值呢，每一个区间上的三次函数的四个参数，在该区间上由两个端点的函数值只能够产生两个方程，仅此不足以唯一确定四个参数。注意到三次样条函数对整体光滑性要求，其二阶导数存在且连续，从全局的角度上考虑参数个数与方程个数的关系如下：参数：每个小段上4个，n个小段共计4n个。方程：1） 每个小段上由给定函数值得到2个，n个小

10、段共计2n个；2） 光滑性要求每一个内部节点的一阶二阶导数连续，得出其左右导数相等，因此，每个节点产生2个方程，共计2（n-1） 个 。现在得到了4n-2个方程，还差两个。为此，常用的方法是对边界节点除函数值外附加要求，这就是所谓的边界条件。需要两个，正好左右两个端点各一个。常用如下三类边界条件：第一边界条件 给定两个边界节点的一阶导数值：m0,mn, 即： （x0）=m0, （xn）=mn。第二边界条件 给定两个边界节点的二阶导数值：M0,Mn, 即： （x0）=M0, （xn）=Mn。特别地，当 M0和Mn都为零时，称为自然边界条件。周期性边界条件 在两个边界的函数值，一阶导数值以及二阶导

11、数值均相等：即 （x0）= （xn）； （x0）= （xn） 。2.1.2 拟合在科学实验或者统计研究中常常需要从一组测得的数据中去求得自变量和因变量之间的一个近似解析表达式使得误差最小, 这就是给定个点进行曲线拟合的问题。曲线拟合常用次多项式来进行拟合，即求解下面方程就可进行曲线拟合：对于指数形式的拟合曲线，可以令，则有，用上式依然可以解除2.2 数据处理与问题分析2.2.1 插值（1）运用所编程序，分别求出时，得出插值函数，并在同一坐标系下画出原函数与插值函数图像，分别如下所示：图1 n=1时原函数与插值函数图象图2 n=5时原函数与插值函数图象图3 n=10时原函数与插值函数图象图4 n

12、=20时原函数与插值函数图象图5 n=25时原函数与插值函数图象（2） 运用所编程序，求出下三次样条插值函数，并在同一坐标系下作出原函数图象与插值函数图象。如下图所示：图6 n=1时原函数与插值函数图象图7 n=5时原函数与插值函数图象图8 n=10时原函数与插值函数图象2.2.2 拟合（1）形如的拟合，根据所编matlab程序，得到拟合方程为（2）形如的拟合，根据所编matlab程序，得到拟合方程为（3）将（1）、（2）与原数据散点图图象做在同一坐标系中，如下如所示：通过此图，可以发现，指数形式的拟合函数更加和原数据走势拟合，然而不管哪一种拟合形式，都不能保证所有的数据点都在拟合曲线上。所以，拟合可以表现出数据的真题趋势，而且，通过拟合可以合理的排除一些误差点。2.3 问题分析2.3.1 插值（1）由2.2.1 中时插值函数与原函数的图象分析可知，插值点越多，插值