计算方法课程设计大纲
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《计算方法》课程设计大纲
课程编号:24014200课程类别:专业课适用专业:数学与应用数学课程学分:2
设计学时:2周大纲执笔人:李文宇大纲审定人:蔡吉花大纲审批人:
一、课程设计的性质与目标
计算方法是数学专业的重要课程之一,主要研究适合于在计算机上使用的数值计算方法及与此相关的理论,对提高学生的抽象思维与逻辑推理能力有重要作用。
计算方法课程设计是验证、巩固和补充课堂讲授的理论知识的必要环节,通过设计,使学生初步熟悉和掌握数值计算方法及相应的程序设计能力,初步具备解决实际数值计算问题的能力,提高学生抽象思维与逻辑推理能力。
二、课程设计的基本内容
1、掌握计算方法的基本内容。
误差的基本概念,线性代数方程组的解法,插值与拟合,数值积分,常微分方程初值问题,非线性方程求根,矩阵的特征值和特征向量的数值解法。
2、结合计算机学科的特点研究数值计算方法及与此相关的理论;对问题进行分析,确定解决方案。
3、进行模拟与仿真,进行结果分析,编写课程设计报告。
设计题目
1、用直接三角分解法求解线性方程组
设计要求:用直接三角分解法求解线性方程组,编写程序并给出结果。
2、用古典迭代法(Jacobi、Guass-Seidel、SOR迭代)求线性代数方程组的解
设计要求:编写分量形式和矩阵形式迭代格式的程序,根据计算结果初步判定迭代格式是否收敛,并编写程序说明迭代格式是否收敛。
3、用Lagrange插值多项式求函数的近似值
设计要求:编写Lagrange插值多项式求函数的近似值的程序,并利用此程序说明龙格现象。
4、用Newton插值多项式求函数的近似值
设计要求:编写Newton插值多项式求函数的近似值的程序,并利用此程序说明龙格现象。
5、数值积分
设计要求:用Newton—Cotes公式、Guass-Legendre求积公式计算积分,并比较结果。
6、用Euler公式,改进的Euler公式,Runge-Kutta法求解微分方程
设计要求:用Euler公式,改进的Euler公式,Runge-Kutta法求解微分方程,编写程序并比较结果。
7、用牛顿法求一元非线性方程的根。
设计要求:编写程序,用牛顿法、简化牛顿法、牛顿下山法求一元非线性方程的根,如无根,给出提示信息。
8、用QR算法求解矩阵的特征值与特征向量
设计要求:用QR算法求解矩阵的特征值与特征向量,编写程序并给出结果。
9、矩阵求逆
设计要求:用适当的方法求逆矩阵,给出判别条件,编写程序。
10、用列主元高斯消去法求线性代数方程组的解
设计要求:编写一个程序,首先判断此线性代数方程组是否有解,如有解,输出;否则,给出提示信息。
11、用几种不同的方法求定积分的值
设计要求:用牛顿-莱布尼茨公式,梯形公式,辛普森公式,复化梯形公式,复化辛普森公式计算定积分。
并比较计算的结果。
12、用二分法和不动点迭代法求方程的根
设计要求:用二分法和不动点迭代法求方程的根,判断迭代法的收敛性及其收敛阶,编写程序并给出结果。
13、用最小二乘法实现数据拟合
设计要求:分线性拟合和非线性拟合两种情况讨论,编写程序给出结果。
14、常微分方程单步法的收敛性与稳定性分析
设计要求:给出相关理论并结合实际问题针对不同的单步法进行分析。
15、用幂法和反幂法求解矩阵的特征值与特征向量
设计要求:用幂法和反幂法求解矩阵的特征值与特征向量,编写程序并给出结果。
16、三次样条插值问题
设计要求:求三次样条插值函数并利用三次样条解决实际问题,编写程序给出运行结果。
17、函数的最佳平方逼近问题
设计要求:给出相关理论,描述算法,编写程序并给出结果。
18、分段插值与Hermite插值问题
设计要求:给出相关理论,描述算法,编写程序并给出结果。
19、用monte—carlo(随机模拟法)法求数值积分
设计要求:给出monte—carlo法相关理论,描述算法,给出具体实例,编写程序并给出结果。
20、用Jacobi方法求对称矩阵的全部特征值及特征向量。
设计要求:给出Jacobi法相关理论,描述算法,给出具体实例,编写程序并给出结果。
三、教学参考文件与教学形式
教材及主要参考资料:
(1)白峰杉编《数值计算引论》高等教育出版社
(2)吴筑筑等编《计算方法》电子工业出版社
(3)李信真等编《计算方法》西北工业大学出版社
(4)李庆杨等编《数值分析》清华大学出版社
(5)易大义等编《数值分析》浙江科学技术出版社
(6)张池平等编《计算方法》科学出版社
四、考核方式及成绩评定标准
考核方法:考查学生对现代计算方法理论基本内容的掌握,然后根据掌握的基本内容进行综合能力的运算和证明。
课程设计结束时,要求学生写出课程设计报告。
成绩评定:设计报告占60%,口试占40%。