迭代法求解线性方程组的研究

实验五 线性方程组的迭代法实验一. 实验目的（1）深入理解线性方程组的迭代法的设计思想，学会利用系数矩阵的性质以保证迭代过程的收敛性，以及解决某些实际的线性方程组求解问题。

（2）熟悉Matlab 编程环境，利用Matlab 解决具体的方程求根问题。

二. 实验要求建立Jacobi 迭代公式、Gauss-Seidel 迭代公式和超松弛迭代公式，用Matlab 软件实现线性方程组求解的Jacobi 迭代法、Gauss-Seidel 迭代法和超松弛迭代法，并用实例在计算机上计算。

三. 实验内容1. 实验题目（1）分别利用Jacobi 迭代和Gauss-Seidel 迭代求解下列线性方程组，取()T 0,0,0,0,0,0=x ，要求精度510-=ε：⎥⎥⎥⎥⎥⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎢⎢⎢⎢⎢⎣⎡=⎥⎥⎥⎥⎥⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎢⎢⎢⎢⎢⎣⎡⎥⎥⎥⎥⎥⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎢⎢⎢⎢⎢⎣⎡---------------626050410100141010014001100410010141001014654321x x x x x x ①Jacobi 迭代：②Gauss-Seidel迭代：（2）分别取1ω、1.05、1.1、1.25和1.8，用超松弛法求解上面的方程组，要求精度=为5ε。

=10-超松弛迭代代码如下所示：运行时初始化如下：分别以不同的松弛因子代入，W=1：W=1.05W=1.1：W=1.25W=1.8：当最大迭代次数增加时，我们可以看到，x向量的各个元素都变无穷大了，迭代发散2. 设计思想要求针对上述题目，详细分析每种算法的设计思想。

求解线性方程组的迭代法，其实质是将所给的方程组逐步地对角化或三角化，即将线性方程组的求解过程加工成对角方程组或三角方程组求解过程的重复。

⑴Jacobi迭代:将一般形式的线性方程组归结为对角方程组求解过程的重复；⑵Gauss-Seidel迭代：将一般形式的线性方程组的求解归结为下三角方程组求解过程的重复；⑶超松弛法：选择合适的松弛因子，利用旧值生成新值，使迭代加速；四.实验体会对实验过程进行分析总结，对比求解线性方程组的不同方法的优缺点，指出每种方法的设计要点及应注意的事项，以及自己通过实验所获得的对线性方程组求解问题的各种解法的理解。

2.高斯塞德尔迭代法令M=D-L,A=M-N,得B=(D-L)^-1U=G,G 为高斯塞德尔迭代法的迭代矩阵，得到11111i nk k k ii iij jijjij j i a xa xa xb -++==+=--+∑∑，所以高斯塞德尔计算公式为000012(X ,X ........X )Tn x =，1k ix+=（1111i nk k ij jijji j j i a xa xb -+==+--+∑∑）/ii a ，i=1,2,3.......,k=0,1,2.....【实验问题】用Jacobi 迭代法，Gauss-Seidol 迭代法求解线性方程组，判断收敛性【实验过程与结果】1.理解两种迭代法的计算思想，掌握方法推到计算公式2.用matlab 编程实现3.对实验结果进行分析，比较两种方法，并判断收敛性【结果分析、讨论与结论】两种方法得到的结果一样，雅可比k =17x =-0.1348-1.08293.9203 2.高斯塞德尔k =17x =-0.1348-1.08293.9203【附程序】1.雅可比程序算法function x=jacobi(A,b,x0,tol)n=length(b);x=zeros(n,1);x=x0+1;k=0;while norm(x-x0)>tolif k>20disp('jacobi fails')break;endk=k+1;for i=1:nx0=x;x(i)=(b(i)-A(i,1:n)*x0+A(i,i)*x(i))/A(i,i);endend。

《解线性方程组的VRP-GMRES(m)迭代法》篇一一、引言在科学计算和工程领域，线性方程组的求解是一个重要的研究课题。

传统的解法如高斯消元法、LU分解法等，在处理大规模或复杂问题时往往显得效率低下。

近年来，迭代法因其高效性和适应性，在求解线性方程组中得到了广泛应用。

其中，VRP-GMRES(m)迭代法因其收敛速度快、适用范围广等优点而备受关注。

本文旨在介绍VRP-GMRES(m)迭代法的原理、步骤及其在解线性方程组中的应用。

二、VRP-GMRES(m)迭代法原理VRP-GMRES(m)迭代法是一种基于Krylov子空间的迭代算法，用于求解线性方程组Ax=b。

该方法通过构造一系列的Krylov子空间，逐步逼近解向量x。

与传统的GMRES算法相比，VRP-GMRES(m)在每一步迭代中引入了重启策略和预处理技术，从而提高了算法的稳定性和收敛速度。

三、VRP-GMRES(m)迭代法步骤1. 初始化：选择一个初始向量x0和初始残差r0=b-Ax0。

2. 构建Krylov子空间：通过迭代过程，构建一系列的Krylov 子空间Vn，其中n为迭代次数。

3. 最小二乘问题求解：在每个Krylov子空间中，求解最小二乘问题以获得搜索方向。

4. 重启策略：当达到预设的重启次数m时，重新开始新一轮的迭代过程。

5. 预处理技术：在迭代过程中引入预处理技术，如Jacobi预处理、SOR预处理等，以提高算法的稳定性和收敛速度。

6. 终止条件：当残差满足预设的终止条件时，停止迭代，输出解向量x。

四、VRP-GMRES(m)迭代法在解线性方程组中的应用VRP-GMRES(m)迭代法广泛应用于各种工程和科学计算领域，如流体动力学、电磁场计算、结构力学等。

通过引入重启策略和预处理技术，该方法可以有效地处理大规模、复杂和病态的线性方程组。

与传统的迭代法和直接法相比，VRP-GMRES(m)具有更高的计算效率和更好的稳定性。

此外，该方法还可以根据具体问题的特点进行定制化改进，以满足不同领域的需求。

分别用 jacobi 迭代法和 gauss-seidel 迭代法,求解方程组【jacobi 迭代法和 gauss-seidel 迭代法分别应用于方程组的求解】1. 引言在数学领域中，方程组的求解一直是一个重要的课题。

为了解决复杂的线性方程组，人们提出了各种迭代方法，其中 jacobi 迭代法和gauss-seidel 迭代法是两种常见的方法。

本文将探讨这两种迭代方法在求解方程组中的应用。

2. jacobi 迭代法的原理和应用jacobi 迭代法是一种基于逐次逼近的迭代方法。

对于线性方程组AX=B，其中 A 是系数矩阵，X 是未知数向量，B 是已知向量。

我们可以通过以下公式进行逐次逼近：X(k+1) = D^(-1)*(B - (L+U)X(k))其中，D、L、U 分别是 A 的对角线、下三角和上三角矩阵。

jacobi 迭代法的优点在于易于理解和实现，但在收敛速度上较慢，需要进行多次迭代才能得到精确解。

在实际应用中，需要根据实际情况选择合适的迭代次数。

3. gauss-seidel 迭代法的原理和应用与 jacobi 迭代法类似，gauss-seidel 迭代法也是一种基于逐次逼近的迭代方法。

不同之处在于，gauss-seidel 迭代法在计算 X(k+1) 时利用了已经得到的 X(k) 的信息，即：X(k+1)_i = (B_i - Σ(A_ij*X(k+1)_j，j≠i))/A_ii这种方式使得 gauss-seidel 迭代法的收敛速度较快，通常比 jacobi 迭代法更快，尤其是对于对角占优的方程组。

4. 分别用 jacobi 迭代法和 gauss-seidel 迭代法求解方程组为了更具体地说明 jacobi 迭代法和 gauss-seidel 迭代法的应用，我们分别用这两种方法来求解以下方程组：2x1 + x2 = 9x1 + 3x2 = 11我们将该方程组写成矩阵形式 AX=B：|2 1| |x1| |9||1 3| * |x2| = |11|我们根据 jacobi 迭代法和 gauss-seidel 迭代法的原理，依次进行迭代计算，直到满足收敛条件。

迭代方法在大型稀疏线性方程组求解中的应用随着科技的不断进步和计算力的提升，大型稀疏线性方程组求解成为科学计算和工程领域中的重要问题。

在这方面，迭代方法因其高效性和适应性成为了研究的热点。

本文将介绍迭代方法在大型稀疏线性方程组求解中的具体应用，并探讨其优缺点。

一、背景介绍近年来，随着科学模拟、数据分析和机器学习等领域的快速发展，对大型稀疏线性方程组的求解需求日益增加。

相比于密集线性方程组，稀疏线性方程组矩阵的核心特征是大部分元素为零，而非零元素相对较少。

传统的直接解法，如高斯消元法和LU分解，在处理大规模稀疏线性方程组时，由于需要存储和操作大量的零元素，会导致计算和存储资源的浪费。

而迭代方法则通过迭代逼近的方式，逐步逼近方程组的解，以较小的计算和存储开销达到较高的求解精度。

二、迭代方法的基本原理迭代方法是一种基于迭代逼近的求解方法，其核心思想是将线性方程组的解逐步逼近，并通过迭代次数的增加逐渐提高逼近的精度。

通常情况下，迭代方法的计算过程可以表达为：x_{k+1} = M^{-1}(b - N x_k)其中，x_k表示第k次迭代的逼近解，M为某种矩阵的逆，N为M与线性方程组系数矩阵之差，b为线性方程组的右端向量。

迭代方法的关键在于选择合适的迭代矩阵M和N，以提高迭代的稳定性和收敛速度。

三、常用的迭代方法1. Jacobi迭代法Jacobi迭代法是最简单和最基础的迭代方法之一。

它的迭代矩阵M选取为线性方程组的对角矩阵，N则为对角矩阵与系数矩阵的差。

Jacobi迭代法的迭代格式为：x_{k+1} = D^{-1}(b - (L+U)x_k)其中，D、L和U分别为对角矩阵、严格下三角矩阵和严格上三角矩阵。

Jacobi迭代法的优点是简单易于实现，缺点是收敛速度较慢。

2. Gauss-Seidel迭代法Gauss-Seidel迭代法是Jacobi迭代法的改进版，其迭代矩阵M选取为线性方程组的下三角矩阵，N则为下三角矩阵与系数矩阵的差。

数值分析第三章线性方程组迭代法线性方程组是数值分析中的重要问题之一，涉及求解线性方程组的迭代法也是该领域的研究重点之一、本文将对线性方程组迭代法进行深入探讨。

线性方程组的一般形式为AX=b，其中A是一个n×n的系数矩阵，x和b是n维向量。

许多实际问题，如电路分析、结构力学、物理模拟等，都可以归结为求解线性方程组的问题。

然而，当n很大时，直接求解线性方程组的方法计算量很大，效率低下。

因此，我们需要寻找一种更高效的方法来求解线性方程组。

线性方程组迭代法是一种基于迭代思想的求解线性方程组的方法。

其基本思想是通过构造一个序列{xn}，使得序列中的每一项都逼近解向量x。

通过不断迭代，可以最终得到解向量x的一个近似解。

常用的线性方程组迭代法有雅可比迭代法、高斯-赛德尔迭代法和逐次超松弛迭代法等。

雅可比迭代法是其中的一种较为简单的迭代法。

其基本思想是通过分解系数矩阵A，将线性方程组AX=b转化为x=Tx+c的形式，其中T是一个与A有关的矩阵，c是一个常向量。

然后，通过不断迭代，生成序列xn，并使序列中的每一项都逼近解向量x。

高斯-赛德尔迭代法是雅可比迭代法的改进方法。

其核心思想是利用当前迭代步骤中已经求得的近似解向量的信息。

具体而言，每次迭代时，将前一次迭代得到的近似解向量中已经计算过的分量纳入计算，以加速收敛速度。

相比于雅可比迭代法，高斯-赛德尔迭代法的收敛速度更快。

逐次超松弛迭代法是高斯-赛德尔迭代法的改进方法。

其核心思想在于通过引入一个松弛因子ω，将高斯-赛德尔迭代法中的每次迭代变为x[k+1]=x[k]+ω(d[k+1]-x[k])的形式，其中d[k+1]是每次迭代计算得到的近似解向量的一个更新。

逐次超松弛迭代法可以根据问题的特点调整松弛因子的值，以获得更好的收敛性。

除了以上提到的三种迭代法，还有一些其他的线性方程组迭代法，如SOR迭代法、共轭梯度法等。

这些方法都具有不同的特点和适用范围，可以根据问题的具体情况选择合适的迭代法。

线性方程组的迭代式求解方法迭代法解方程的基本原理1.概述把 Ax=b 改写成 x=Bx+f ，如果这一迭代格式收敛，对这个式子不断迭代计算就可以得到方程组的解。

道理很简单：对 x^{(k+1)}=bx^{(k)}+f 两边取极限，显然如果收敛，则最终得到的解满足 \lim_{k\rightarrow\infty } x^{(k)}=x^*=Bx^*+f ，从而必然满足原方程 Ax^*=b 。

迭代方法的本质在于这一次的输出可以当作下一次的输入，从而能够实现循环往复的求解，方法收敛时，计算次数越多越接近真实值。

2.收敛条件充要条件：迭代格式 x=Bx+f 收敛的充要条件是 \rho (B)<1充分条件： \Vert B\Vert <1即 \Vert B\Vert <1 \Rightarrow \rho(B)<1\Leftrightarrow 迭代收敛一、Jacobi迭代法怎样改写Ax=b ，从而进行迭代求解呢？一种最简单的迭代方法就是把第i行的 x_i 分离出来(假定 a_{ii} \ne 0 )：\sum_{j=1}^{n}a_{ij}x_j=b_i\Rightarrow x_i=\frac{b_i-\sum_{j=1,j\ne i}^{n}a_{ij}x_j}{a_{ii}}\quad \\这就是Jacobi(雅可比)迭代法。

迭代格式给定x^{(0)}=\left[x_1^{(0)},x_2^{(0)},\cdots,x_n^{(0)}\rig ht]^T ，则Jacobi法的迭代格式（也称分量形式）为x_i^{(k+1)}=\frac{1}{a_{ii}}\left ( {b_i-\sum_{j=1,j\ne i}^{n}a_{ij}x_j^{(k)}}\right),\quadi=1,2,\cdots,n\\矩阵形式设 A=D-L-U。

Jacobi法的矩阵形式（也称向量形式）为x^{(k+1)}=B_Jx^{(k)}+D^{-1}b\\其中迭代矩阵 B_J=D^{-1}(L+U)收敛条件\begin{eqnarray} \left. \begin{array}{lll} \VertB_J\Vert <1 \\ A 严格对角占优\\ A, 2D-A对称正定\end{array} \right \} \end{eqnarray} \Rightarrow \rho (B_J)<1\Leftrightarrow 迭代收敛特别地，若 A 对称正定且为三对角，则 \rho^2(B_J)=\rho (B_G)<1 。

实验4 解线性方程组的迭代法一、稀疏矩阵的生成和运算实验内容：稀疏矩阵相关命令的熟悉。

实验要求：1、熟悉sparse、full、nnz、spy等命令的使用方法.（实验报告）注意：spy使用时要加上输入参数，直接运行spy会出现与本课程无关的结果。

2、了解sprand命令的用法。

3、熟悉speye、condest、normest、spdiags等命令的使用方法，并生成107阶的三对角矩阵：（实验报告）二、大型稀疏线性方程组的求解实验内容：用不同的迭代法求解n阶大型稀疏矩阵Ax=b（n=1e+4）。

实验要求：（1）数学问题的生成：(a)使用sprand命令生成，稀疏度0.001，并通过spy观察矩阵的结构；(b)运行PPT第21页的两段代码，分别生成A，运行结果有什么区别？注意：如果用稠密方式生成矩阵，可能会导致内存不够。

（2）增大矩阵阶数到1e+6，使用MATLAB自带的pcg与“\”运算，以及分别Gauss消去法、Jacobi迭代法和Gauss-Seidel迭代法分别求解以下Sx=b，看看运算时间对比：（实验报告）b为全1向量，S为以下代码所生成：m=1000,n=m*m;eone=ones(m,1);s=spdiags([-eone,8*eone,-eone],[-1,0,1],m,m);E=speye(m);a1=blkdiag(kron(E,s));a2=spdiags([ones(n,1)],[m],n,n);A=a1-a2-a2';注意：pcg命令只适用于对称正定矩阵三、病态的线性方程组的求解实验内容：考虑方程组Hx=b的求解，其中系数矩阵H为Hilbert矩阵，首先给定解（例如取为各个分量均为1）再计算出右端b的办法给出确定的问题。

实验要求：（1）设定n=6，分别用Gauss消去法、Jacobi迭代法和Gauss-Seidel迭代法求解方程组，其各自的结果如何？各方法的误差比较如何？（实验报告）（2）逐步增大问题的维数100、1000、3000，仍然用上述的方法来解它们，计算的结果如何？计算的结果说明了什么？（实验报告）。

实验题目：用迭代法求解方程及线性方程组。

实验问题：函数的迭代是数学研究中的一个非常重要的思想工具。

哪怕是对一个相当简单的函数进行迭代，都可以产生异常复杂的行为，并由此而衍生了一些崭新的学科分支，如分形和混沌。

同时，迭代在各种数值计算算法以及其他学科领域的诸多算法中处于核心的地位。

首先，我们来探讨利用迭代求解方程的近似解。

实验目的：1. 学会基本Mathematica 语句并用其解决实际问题。

2. 了解Mathematica 系统 。

3. 用Mathematica 解决在求方程解的迭代过程。

1.方程求解给定实数域上光滑的实值函数f(x)以及初值0x 定义数列,,1,0),(1 ==+n x f x n n （1） ,,1,0, =n x n 称为f （x ）的一个迭代序列。

给定迭代函数f(x)以及一个初值0x 利用（1）迭代得到数列,,1,0, =n x n 如果数列n x 收敛于一个*x ，则有)(**x f x = （2） 即*x 是方程x=f(x)的解。

由此启发我们用如下的方法球方程g(x)=0的近似解。

将方程g(x)=0改写为等价的方程x=f(x), (3) 然后选取一初值利用（1）做迭代。

迭代数列n x 收敛的极限就是方程g(x)=0的解。

用上述方程求方程的根的一个首要问题是迭代是否收敛？经过试验我们知道，使得迭代序列收敛并尽快收敛到方程g(x)=0的某一解的条件是迭代函数f(x)在解的附近的导数的绝对值近两小。

这启发我们将迭代方程修改成x x f x h x )1()()(λλ-+== (4) 我们需要选取λ使得01)('|)('|=-+=λλx f x h得)('11x f -=λ 于是1)(')()(---=x f xx f x x h特别地，如果f(x)=g(x)+x ,则我们得到迭代公式.,1,0,)(')(1 =-=+n x x n n x g x g n n (5) 2.线性方程组的迭代求解给定一个n 元线性方程组⎪⎩⎪⎨⎧=++=++n n nn nn n n b x a x a b x a x a 111111 （6）或写成距阵的形式Ax=b, (7)其中)(ij a A =是n 阶方程，T n x x x ),,(1 = 及T n b b b ),,(1 =均为n 维列向量。

jacobi迭代法解析：原理与应用标题：Jacobi迭代法解析：原理与应用导语：在数值计算和线性代数中，Jacobi迭代法是一种常用的迭代方法，用于解决线性方程组。

本文将深入探讨Jacobi迭代法的原理、应用和相关领域的研究，以帮助读者对这一数值算法有更全面和深刻的了解。

一、Jacobi迭代法介绍1.1 基本原理Jacobi迭代法是一种迭代法，用于求解线性方程组Ax = b，其中A是一个方阵，x和b是向量。

该方法通过不断迭代计算逼近线性方程组的解，直至满足预设的精度要求。

1.2 迭代公式详细介绍Jacobi迭代法的迭代公式，包括终止条件和迭代收敛性分析。

1.3 算法流程介绍Jacobi迭代法的算法流程和步骤，以及如何选择合适的初始解向量和迭代次数。

1.4 算法复杂性分析分析Jacobi迭代法的时间和空间复杂性，以便读者可以评估它在实际问题中的应用可行性。

二、Jacobi迭代法的应用2.1 线性方程组求解探讨Jacobi迭代法在解决大规模线性方程组时的应用，包括稀疏矩阵和高度并行计算环境下的性能优化。

2.2 特征值求解介绍Jacobi迭代法在计算特征值和特征向量时的应用，以及与其他方法（如幂法和QR算法）的比较和优势。

2.3 图划分与图分割探讨Jacobi迭代法在图划分和图分割问题中的应用，以及如何利用迭代过程提高划分结果的质量。

2.4 数值模拟与优化讨论Jacobi迭代法在数值模拟和优化问题中的应用，如流体力学、结构力学和优化设计等领域。

三、Jacobi迭代法的扩展与改进3.1 并行Jacobi迭代法介绍并行Jacobi迭代法的思想和实现策略，包括数据并行和任务并行，并讨论其对迭代收敛性和算法效率的影响。

3.2 加速算法与预条件技术探讨Jacobi迭代法的加速算法和预条件技术，如超松弛迭代法（SOR）、不完全LU分解和多重网格方法等，以加快迭代收敛速度和提高求解精度。

3.3 进一步的应用领域介绍Jacobi迭代法在其他领域的应用，如图像处理、信号处理和机器学习等，并指出其优势和适用性。

仿真平台与工具应用实践Jacobi迭代法求解线性方程组实验报告院系:专业班级:姓名:学号:指导老师:一、实验目的熟悉Jacobi迭代法原理；学习使用Jacobi迭代法求解线性方程组；编程实现该方法；二、实验内容应用Jacobi迭代法解如下线性方程组:, 要求计算精度为三、实验过程（1）、算法理论迭代格式的引出是依据迭代法的基本思想: 构造一个向量系列, 使其收敛至某个极限, 则就是要求的方程组的准确解。

Jacobi迭代将方程组:在假设, 改写成如果引用系数矩阵, 及向量, , ,方程组（1）和（2）分别可写为: 及, 这样就得到了迭代格式用迭代解方程组时, 就可任意取初值带入迭代可知式, 然后求。

但是, 比较大的时候, 写方程组和是很麻烦的, 如果直接由, 能直接得到, 就是矩阵与向量的运算了, 那么如何得到, 呢？实际上, 如果引进非奇异对角矩阵将分解成：要求的解, 实质上就有而是非奇异的, 所以存在, 从而有我们在这里不妨令就得到迭代格式：（2）算法框图（3）、算法程序m 文件:function x=jacobi(A,b,P,delta,n)N=length(b); %返回矩阵b的最大长度for k=1:nfor j=1:Nx(j)=(b(j)-A(j,[1:j-1,j+1:N])*P([1:j-1,j+1:N]))/A(j,j);enderr=abs(norm(x'-P)); %求（x'-P）模的绝对值P=x';if(err<delta) %判断是否符合精度要求break;endendE=eye(N,N); %产生N行N列矩阵D=diag(diag(A));f=A*inv(D); %f是A乘D的逆矩阵B=E-f;Px=x';k,errBMATLAB代码:>> clear allA=[4, -1, 1;4, -8, 1;-2, 1, 5];b=[7, -21, 15]';P=[0,0,0]';x=jacobi(A,b,P,1e-7,20)（4）、算法实现用迭代法求解方程组:正常计算结果是2, 3, 4 , 下面是程序输出结果：P =2.00004.00003.0000k =17err =9.3859e-008B =0 -0.1250 -0.2000-1.0000 0 -0.20000.5000 0.1250 0x =2.00004.00003.0000四、实验体会五、MATLAB是非常实用的软件, 能够避免大量计算, 简化我们的工作, 带来便捷。

稀疏矩阵与线性方程组的迭代解法研究在数学和计算机科学领域中，矩阵是一种重要的数学结构，而线性方程组则是矩阵应用的重要问题之一。

当矩阵中的绝大部分元素都为零时，我们称之为稀疏矩阵。

稀疏矩阵在实际问题中的应用非常广泛，如网络图、电力系统、图像处理等。

然而，由于其特殊的性质，传统的线性方程组求解方法在处理稀疏矩阵时效率较低。

因此，研究稀疏矩阵与线性方程组的迭代解法成为一项重要的课题。

稀疏矩阵的特点在于大部分元素为零，只有少数非零元素。

这意味着我们可以通过压缩存储的方式来节省内存空间。

常见的稀疏矩阵存储格式有三元组表示法、行压缩存储法等。

这些存储格式的设计旨在提高矩阵运算的效率，减少存储空间的占用。

针对稀疏矩阵的特点，研究者们提出了一系列高效的线性方程组迭代解法。

其中，最著名的方法之一是迭代法。

迭代法的基本思想是通过迭代逼近线性方程组的解，直到达到一定的精度要求。

常见的迭代法有雅可比迭代法、高斯-赛德尔迭代法、超松弛迭代法等。

雅可比迭代法是最简单的迭代法之一。

它的基本思想是将线性方程组中的每个方程都看作一个近似解的更新方程。

具体来说，给定一个初始近似解，我们可以通过迭代更新每个方程的解，直到满足一定的收敛条件。

然而，雅可比迭代法的收敛速度较慢，特别是对于大规模稀疏矩阵而言，迭代次数较多，效率较低。

为了提高迭代法的收敛速度，研究者们提出了一系列改进的方法。

其中，高斯-赛德尔迭代法是一种经典的改进方法。

与雅可比迭代法不同的是，高斯-赛德尔迭代法在更新方程时利用了已经计算出的新近似解。

这种方法可以加快迭代的收敛速度，提高求解效率。

除了高斯-赛德尔迭代法，超松弛迭代法也是一种常用的改进方法。

超松弛迭代法通过引入松弛因子来调整每次迭代的步长，从而加快收敛速度。

松弛因子的选择对迭代的效果有很大的影响，过小或过大的松弛因子都会导致迭代无法收敛。

因此，合理选择松弛因子是使用超松弛迭代法的关键。

除了迭代法，共轭梯度法也是一种常用的线性方程组求解方法。

1 / 8数值分析实验六：解线性方程组的迭代法2016113 张威震1 病态线性方程组的求解1.1 问题描述理论的分析表明，求解病态的线性方程组是困难的。

实际情况是否如此，会出现怎样的现象呢？实验内容：考虑方程组Hx=b 的求解，其中系数矩阵H 为Hilbert 矩阵，,,1(),,,1,2,,1i j n n i j H h h i j n i j ⨯===+-这是一个著名的病态问题。

通过首先给定解（例如取为各个分量均为1）再计算出右端b 的办法给出确定的问题。

实验要求：（1）选择问题的维数为6，分别用Gauss 消去法、列主元Gauss 消去法、J 迭代法、GS 迭代法和SOR 迭代法求解方程组，其各自的结果如何？将计算结果与问题的解比较，结论如何？（2）逐步增大问题的维数（至少到100），仍然用上述的方法来解它们，计算的结果如何？计算的结果说明了什么？（3）讨论病态问题求解的算法1.2 算法设计首先编写各种求解方法的函数，Gauss 消去法和列主元高斯消去法使用实验5中编写的函数myGauss.m 即可，Jacobi 迭代法函数文件为myJacobi.m ，GS 迭代法函数文件为myGS.m ，SOR 方法的函数文件为mySOR.m 。

1.3 实验结果1.3.1 不同迭代法球求解方程组的结果比较选择H 为6*6方阵，方程组的精确解为x* = (1, 1, 1, 1, 1, 1)T ，然后用矩阵乘法计算得到b ，再使用Gauss 顺序消去法、Gauss 列主元消去法、Jacobi 迭代法、G-S 迭代法和SOR 方法分别计算得到数值解x1、x2、x3、x4，并计算出各数值解与精确解之间的无穷范数。

Matlab 脚本文件为Experiment6_1.m 。

迭代法的初始解x 0 = (0, 0, 0, 0, 0, 0)T ，收敛准则为||x(k+1)-x(k)||∞<eps=1e-6，SOR方法的松弛因子选择为w=1.3，计算结果如表1。

直接法与迭代法在求解大规模稀疏线性方程组中的比较研究在科学和工程问题中，线性代数是一个非常重要的分支领域。

在大规模科学计算和工程计算中，线性方程组的求解是一个需要高效和准确的问题，这个问题的求解是计算机领域中的一个重要难题。

本文将比较和分析直接法和迭代法这两种用于求解大规模稀疏线性方程组的算法。

一、直接法在数学领域中，解决线性方程组是一项非常广泛的研究问题，而直接法是其中的一种传统方法。

在求解小规模的线性方程组时，直接法是一种非常有效的解题方法。

所谓直接法，就是通过对方程组的系数矩阵进行高斯消元等操作，将未知量解出来。

以高斯消元法为例，消元法将系数矩阵的行进行逐行的消元，使得系数矩阵化为一个上三角矩阵，然后通过回带法求解出未知量。

直接法主要有高斯消元法和LU分解法两种，其中高斯消元法是裸的的直接法。

直接法的优点是它的精度非常高，可以获得准确的解。

同时，在小规模的方程组中，直接法的性能也很好。

但是，直接法的缺点也是显而易见的：当方程组的维数大到一定程度时，直接法的时间复杂度会增加到难以计算的程度。

二、迭代法用于求解大规模稀疏线性方程组的另一种方法是迭代法。

迭代法是一种迭代逼近的方法，通过一系列逐步近似地计算来解决问题。

迭代法的核心思想是：场解逐渐逼近正确的解。

相比直接法，迭代法的时间复杂度要低得多。

迭代法包含以下几个步骤:1.选取一个初始解x0；2.给出逼近的准则和停止准则；3.通过计算产生下一个逼近解；4.不断重复以上步骤，直到满足停止准则为止。

迭代法在大规模线性方程组的求解中有着广泛的应用。

迭代法有很多优点，其中最重要的是相比直接法，迭代法的时间复杂度相对要低很多。

另外，迭代法还具有灵活性高，容易适应不同的求解目标等优点。

但是，迭代法也有许多缺点，其中最重要的是其求解精度相对直接法要低。

迭代法也比较复杂，算法实现有很多细节需要处理。

此外，迭代法的收敛速度非常慢，因此，在实际问题中需要通过参数制定来进行优化。

数学与计算科学学院《数值分析》课程设计题目：迭代法解线性方程组专业：信息与计算科学学号：*******-24*名：**指导教师：**成绩：二零一六年六月二十日一 、前言：（目的和意义）1.实验目的①掌握用迭代法求解线性方程组的基本思想和步骤。

②了解雅可比迭代法，高斯-赛德尔法和松弛法在求解方程组过程中的优缺点。

2.实验意义迭代法是用某种极限过程去逐步逼近线性方程组精确解的方法，它是解高阶稀疏方程组的重要方法。

迭代法的基本思想是用逐次逼近的方法求解线性方程组。

比较雅可比迭代法，高斯-赛德尔迭代方法和松弛法，举例子说明每种方法的试用范围和优缺点并进行比较。

二、数学原理：设有方程组b Ax = …① 将其转化为等价的，便于迭代的形式f Bx x += …② (这种转化总能实现，如令b f A I B =-=,), 并由此构造迭代公式f Bx x k k +=+)()1( …③ 式中B 称为迭代矩阵，f 称为迭代向量。

对任意的初始向量)0(x ，由式③可求得向量序列∞0)(}{k x ，若*)(lim x xk k =∞→，则*x 就是方程①或方程②的解。

此时迭代公式②是收敛的，否则称为发散的。

构造的迭代公式③是否收敛，取决于迭代矩阵B 的性1.雅可比迭代法基本原理设有方程组),,3,2,1(1n i b x aj j nj ij==∑= …①矩阵形式为b Ax =,设系数矩阵A 为非奇异矩阵，且),,3,2,1(,0n i a ii =≠ 从式①中第i 个方程中解出x ，得其等价形式)(111j nj j ij ii i x a b a x ∑≠=-= …②取初始向量),,,()0()0(2)0(1)0(n x x x x=，对式②应用迭代法，可建立相应的迭代公式：)(111)()1(∑≠=++-=nj j i k j ij ii k ib x a a x…③ 也可记为矩阵形式： J x J k F B xk +==)()1( …④若将系数矩阵A 分解为A=D-L-U ，⎥⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎢⎣⎡----⎥⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎢⎣⎡----⎥⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎢⎣⎡=⎥⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎢⎣⎡=--=--00000000000000111211212211212222111211n n n nn n nn nn n n n n a a a a a a a a a a a a a a a a a a U L D A式中⎪⎪⎪⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛=nn a a a D2211，⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛=-0000121323121nn n n a a a a a a L ，⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎭⎫⎝⎛=-0000122311312n n n n a a a a a a U 。