高斯消元法_实验报告

高斯肖元法C++上机实验报告学生姓名： 学 号： 专业班级： 实验类型： 综合一 实验项目名称全选主元高斯消去法解线性方程组 二 实验原理设有n 元线性方程组(考虑便于C++程序数组表示,方程的下标从0开始),0000110,1100000110,111101,111,111n n n n n n n n n n a x a x a x b a x a x a x b a x a x a x b ---------+++=⎧⎪+++=⎪⎨⎪⎪+++=⎩写为矩阵形式为Ax=b,其中A 为线性方程组的系数矩阵,x 为列向量,是方程组的解,b 也是列向量.一般来讲，可以假定矩阵A 是非奇异阵。

（n 阶矩阵A 的行列式不为零，即 |A|≠0，则称A 为非奇异矩阵）00010,10111,1,01,11,1n n n n n n a a a a a a A a a a ----⎡⎤⎢⎥⎢⎥=⎢⎥⎢⎥⎣⎦，011n x x x x -⎡⎤⎢⎥⎢⎥=⎢⎥⎢⎥⎣⎦ ，011n b b b b -⎡⎤⎢⎥⎢⎥=⎢⎥⎢⎥⎣⎦将系数矩阵A 和向量b 放在一起，形成增广矩阵B ：00010,010111,11,01,11,11(,)n n n n n n n a a a b a a a b b A b a a a b -----⎡⎤⎢⎥⎢⎥==⎢⎥⎢⎥⎣⎦全选主元消去就在矩阵B 上进行，整个过程分为如下两个步骤： 第一步：消去过程。

对于k 从0开始到n-2结束，进行以下三步。

1. 首先，从系数矩阵A 的k 行k 列开始的子矩阵中选取绝对值最大的元素作为主元素。

例如：11,max 0i j ij k i n k j na a ≤<≤<=≠然后交换B的第k行与第1i行，第k列与第1k列，这样，这个子矩阵中具有最大绝对值的元素被交换到k行k列的位置上.2.其次，进行归一化计算。

计算方法为：/,1,,1/kj kj kkk k kka a a j k nb b a==+-⎧⎪⎨=⎪⎩3.最后进行消去计算：,,1,,1,1,,1 ij ij ik kji i ik ka a a a j i k nb b a b i k n=-=+-⎧⎪⎨=-=+-⎪⎩第二步，回带过程：111,111/,2,,1,0 n n n nni i ij jj ix b ax b a x i n-----=+=⎧⎪⎨=-=-⎪⎩∑三代码的实现整个程序分为5个独立文件，Matrix.h文件中包括矩阵类Matrix的定义，Matrix.cpp文件中包括该类成员函数的实现，LinearEqu.h文件中包括线性方程组类LinearEqu的定义，LinearEqu.cpp文件中包括该类的成员函数实现文件；7-9.cpp文件包括程序的主函数，主函数中定义了一个类LinearEqu的对象，通过这个对象求解一个四元线性方程组。

解线性方程组的列主元素高斯消去法和LU 分解法一、实验目的：通过数值实验，从中体会解线性方程组选主元的必要性和LU 分解法的优点，以及方程组系数矩阵和右端向量的微小变化对解向量的影响。

二、实验内容：解下列两个线性方程组（1）⎪⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛=⎪⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛⎪⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛--11134.981.4987.023.116.427.199.103.601.3321x x x（2）⎪⎪⎪⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛=⎪⎪⎪⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛⎪⎪⎪⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛----15900001.582012151526099999.23107104321x x x x 三、实验要求：（1） 用你熟悉的算法语言编写程序用列主元高斯消去法和LU 分解求解上述两个方程组，输出Ax=b 中矩阵A 及向量b, A=LU 分解的L 及U ，detA 及解向量x.（2） 将方程组（1）中系数3.01改为3.00，0.987改为0.990，用列主元高斯消去法求解变换后的方程组，输出列主元行交换次序，解向量x 及detA ，并与（1）中结果比较。

（3） 将方程组（2）中的2.099999改为2.1，5.900001改为5.9，用列主元高斯消去法求解变换后的方程组，输出解向量x 及detA ，并与（1）中的结果比较。

（4）用MATLAB的内部函数inv求出系数矩阵的逆矩阵，再输入命令x=inv(A)*b,即可求出上述各个方程组的解，并与列主元高斯消去法和LU分解法求出的解进行比较，体会选主元的方法具有良好的数值稳定性。

用MATLAB的内部函数det求出系数行列式的值，并与（1）、（2）、（3）中输出的系数行列式的值进行比较。

四、实验过程：（1）列主元高斯消去法的主程序为function [RA,RB,n,X]=liezhuY(A,b)B=[A b]; n=length(b); RA=rank(A);RB=rank(B);zhica=RB-RA;D=det(A)if zhica>0,disp('请注意：因为RA~=RB，所以此方程组无解.')returnendif RA==RBif RA==ndisp('请注意：因为RA=RB=n，所以此方程组有唯一解.')X=zeros(n,1); C=zeros(1,n+1);for p= 1:n-1[Y,j]=max(abs(B(p:n,p))); C=B(p,:);B(p,:)= B(j+p-1,:); B(j+p-1,:)=C;for k=p+1:nm= B(k,p)/ B(p,p);B(k,p:n+1)= B(k,p:n+1)-m* B(p,p:n+1);endendb=B(1:n,n+1);A=B(1:n,1:n); X(n)=b(n)/A(n,n);for q=n-1:-1:1X(q)=(b(q)-sum(A(q,q+1:n)*X(q+1:n)))/A(q,q);endelsedisp endend解方程组（1）在MATLAB工作窗口输入>>A=[3.01 6.03 1.999;1.27 4.16 -1.23;0.987 -4.819.34];b=[1;1;1];[RA,RB,n,X]=liezhuY(A,b)运行后输出结果为请注意：因为RA=RB=n，所以此方程组有唯一解. D=-0.1225RA =3 RB =3 n =3X = 397.8654-157.6242-123.1120解方程组（2）在MATLAB工作窗口输入>>A=[10 -7 0 1;-3 2.099999 6 2;5 -1 5 -1;2 1 0 2];b=[8;5.900001;5;1];[RA,RB,n,X]=liezhu(A,b)运行后输出结果为请注意：因为RA=RB=n，所以此方程组有唯一解. D=-762.0000RA =4 RB =4 n =4X =0.0000-1.00001.00001.0000LU分解法及MATLAB主程序为function hl=zhjLU(A)[n n] =size(A); RA=rank(A);D=det（A）if RA~=ndisp('请注意：因为A的n阶行列式hl等于零，所以A不能进行LU分解.A的秩RA如下:'), RA,hl=det(A);returnendif RA==nfor p=1:nh(p)=det(A(1:p, 1:p));endhl=h(1:n);for i=1:nif h(1,i)==0disp('请注意：因为A的r阶主子式等于零，所以A不能进行LU分解.A 的秩RA和各阶顺序主子式值hl依次如下：'), hl;RAreturnendendif h(1,i)~=0disp('请注意：因为A的各阶主子式都不等于零，所以A能进行LU分解.A的秩RA和各阶顺序主子式值hl依次如下：')for j=1:nU(1,j)=A(1,j);endfor k=2:nfor i=2:nfor j=2:nL(1,1)=1;L(i,i)=1;if i>jL(1,1)=1;L(2,1)=A(2,1)/U(1,1); L(i,1)=A(i,1)/U(1,1); L(i,k)=(A(i,k)- L(i,1:k-1)*U(1:k-1,k))/U(k,k);elseU(k,j)=A(k,j)-L(k,1:k-1)*U(1:k-1,j);endendendendhl;RA,U,Lendend解方程组（1）在MATLAB工作窗口输入>>A=[3.01 6.03 1.999;1.27 4.16 -1.23;0.987 -4.819.34];h1=zhjLU(A)运行输出结果为请注意：因为A的各阶主子式都不等于零，所以A能进行LU分解.A的秩RA和各阶顺序主子式值hl依次如下：D=9.8547RA =3U =3.0100 6.0300 1.99900 4.1600 -2.07340 0 5.3016L =1.0000 0 00.4219 1.0000 00.3279 -1.6316 1.0000h1 =3.0100 4.8635 -0.1225解方程组（2）在MATLAB工作窗口输入>>A=[10 -7 0 1;-3 2.099999 6 2;5 -1 5 -1;2 1 02];h1=zhjLU(A)运行后输出结果为请注意：因为A的各阶主子式都不等于零，所以A能进行LU分解.A的秩RA和各阶顺序主子式值hl依次如下：D=-762.0000RA =4U =10.0000 -7.0000 0 1.00000 2.1000 6.0000 2.30000 0 -2.1429 -4.23810 -0.0000 0 12.7333L =1.0000 0 0 0-0.3000 1.0000 0 00.5000 1.1905 1.0000 -0.00000.2000 1.1429 3.2000 1.0000h1 =10.0000 -0.0000 -150.0001 -762.0001（2）在MATLAB工作窗口输入>>A=[3.01 6.03 1.999;1.27 4.16 -1.23;0.987 -4.819.34];b=[1;1;1];A(1,1)=3;A(1,3)=0.990;[RA,RB,n,X]=liezhu(A,b)请注意：因为RA=RB=n，所以此方程组有唯一解.RA =3 RB =3 n =3X = -4.02641.91931.5210hi = 3.0000 4.8219 9.8547在MATLAB工作窗口输入x=[397.8654;-157.6242;-123.1120]';x1=[-4.0264;1.9193;1.5210]';wucha=x1-x运行后输出结果为wucha =-401.8918 159.5435 124.6330（3）在MATLAB工作窗口输入>>A=[10 -7 0 1;-3 2.099999 6 2;5 -1 5 -1;2 1 0 2];A(2,2)=2.1;b(2,1)=5.9;b=[8;5.900001;5;1];[RA,RB,n,X]=lie zhu(A,b)运行后输出结果为请注意：因为RA=RB=n，所以此方程组有唯一解.RA =4 RB =4 n =4X =0.0000-1.00001.00001.0000h1 =10.0000 -0.0000 -150.0000 -762.0000在MATLAB工作窗口输入>>x=[0;-1;1;1]';x1=[0;-1;1;1]';wucha=x1-x运行后输出结果为wucha = 0 0 0 0（4）解方程组（1）在MATLAB工作窗口输入>>A=[3.01 6.03 1.999;1.27 4.16 -1.23;0.987 -4.81 9.34];B=inv(A)运行后结果为B =-268.9293 538.3418 128.4529106.7599 -213.4281 -50.956183.3992 -166.8022 -39.7090在MATLAB工作窗口输入>>b=[1;1;1];x=inv(A)*b运行后结果为x =397.8654-157.6242-123.1120在MATLAB工作窗口输入>>A=[3.01 6.03 1.999;1.27 4.16 -1.23;0.987 -4.81 9.34];A(1,1)=3;A(1,3)=0.990;B=inv(A)运行输出结果为B = 3.3424 -6.1983 -1.1705-1.3269 2.7442 0.5020-1.0365 2.0682 0.4893在MATLAB工作窗口输入>>b=[1;1;1];x=inv(A)*b运行后输出结果为x =-4.02641.91931.5210解方程组（2）在MATLAB工作窗口输入>>A=[10 -7 0 1;-3 2.099999 6 2;5 -1 5 -1;2 1 0 2];B=inv(A) 运行后结果为B =-0.0223 -0.0984 0.1181 0.1686-0.1601 -0.1181 0.1417 0.26900.0108 0.1063 0.0724 -0.07550.1024 0.1575 -0.1890 0.1969在MATLAB工作窗口输入>>b=[8;5.900001;5;1];x=inv(A)*b运行后输出结果为x = 0-1.00001.00001.0000在MATLAB工作窗口输入>>A=[10 -7 0 1;-3 2.099999 6 2;5 -1 5 -1;2 1 0 2];A(2,2)=2.1;B=inv(A)运行后输出结果为B =-0.0223 -0.0984 0.1181 0.1686-0.1601 -0.1181 0.1417 0.26900.0108 0.1063 0.0724 -0.07550.1024 0.1575 -0.1890 0.1969在MATLAB工作窗口输入>>b=[8;5.900001;5;1];b(2,1)=5.9;x=inv(A)*b运行后输出结果为x =-0.0000-1.00001.00001.0000五、实验结果分析：实验的数学原理很容易理解，也容易上手。

实验三编程实现列主元高斯消去法1.实验目的：实现高斯主消元法，对计算过程加深理解。

2.实验内容：编写c++程序，实现对角占优方程组的编程求解。

3.实验步骤1、设计方程组的存储为二位数组，最大方程组数为100，第i行j列的元素值代表第i个方程的第j个系数，输入时没有的系数项填0。

2 对于每个方程按主消元法从0~n-1依次消元。

3迭代求解，对于第i个未知数的值，依次迭代i+1~n-1已求出的结果4．实验结果分析：对于除数很小的情况程序不能很好的解决，对于不是对角占优的也不能搜索出主元素，以后在进一步解决上述问题。

#include<iostream>using namespace std;const int MAX=100;double str[MAX][MAX];int main(){while(1){cout<<"输入方程组个数0<n<100"<<endl;int n,m,i,j,k,flag=0;cin>>n;if(n<=0||n>=100)break;cout<<"输入方程组的系数"<<endl;for(i=0;i<n;i++){for(j=0;j<=n;j++){cin>>str[i][j];if(i==j&&str[i][j]==0)flag=1;}}if(flag==1){cout<<"方程组不是对角占优的，此程序不能解决"<<endl;system("pause");return 0;}for(i=0;i<n;i++){for(j=n;j>=i;j--)//对角变一str[i][j]/=str[i][i];for(k=i+1;k<n;k++)//方程消元{double tem=str[k][i]/str[i][i];for(j=i;j<=n;j++){str[k][j]-=str[i][j]*tem;}}}double ans[MAX]={0};ans[n-1]=str[n-1][n];for(i=n-2;i>=0;i--){ans[i]=str[i][n];for(j=n-1;j>i;j--)ans[i]-=str[i][j]*ans[j];}for(i=0;i<n;i++)cout<<"X"<<i+1<<" = "<<ans[i]<<endl;system("pause");}}。

计算方法实验报告实验名称：实验（一）Gauss 消去法班级：学生姓名：学号：班级序号：课内序号:指导老师：2018-2019学年第2学期一、实验名称：Gauss消去法二、实验学时: 2学时三、实验目的和要求1、掌握高斯消去法基础原理2、掌握高斯消去法解方程组的步骤3、能用程序语言对Gauss消去法进行编程实现四、实验过程代码及结果1、代码：using System;using System.Collections.Generic;using System.Linq;using System.Text;namespace ConsoleApplication_Gauss{class Program{//回带求值的过程static void CalcX(double[,] a, double[] x, int n){for (int i = n - 1; i >= 0; i--){double sum = 0;for (int j = i + 1; j < n; j++){sum += a[i, j] * x[j];}x[i] = (a[i, n] - sum) / a[i, i];}}//消元的过程static void CalcA(double[,] a, int n){for (int k = 0; k < n - 1; k++){for (int i = k + 1; i < n; i++){//double Lik = a[i, k] / a[k, k];// for (int j = k ; j <= n; j++)for (int j = n; j >= k; j--){a[i, j] = a[i, j] - a[i, k] / a[k, k] * a[k, j];}//a[i, k] = 0;}//Output}}//输出未知数x的值static void Output(double[] x, int n){for (int i = 0; i < n; i++){Console.WriteLine("x[{0}]={1}", i, x[i]);}}static void Output(double[,] a, int n){for (int i = 0; i < n; i++){//string s="";for (int j = 0; j <= n; j++){//s += string.Format("{0,-4}", a[i, j]);Console.Write("{0,6}", a[i, j]);}Console.WriteLine();}}//输入函数，表示输入一串值作为方程组的系数static void Input(double[,] a, int n){for (int i = 0; i <= n - 1; i++){string s = Console.ReadLine();string[] ss = s.Split(' ');for (int j = 0; j <= n; j++){a[i, j] = Convert.ToDouble(ss[j]);}}}static void Main(string[] args){Console.WriteLine("请输入矩阵的维数:");int n =Convert.ToInt32( Console.ReadLine());double[,] a = new double[n,n+1];Console.WriteLine("请输入矩阵的各个元;");Input(a, n);Console.WriteLine("------A（i,j)----------");Output(a, n);CalcA(a, n);Console.WriteLine("------消元之后A（i,j)----------");Output(a, n);double[] x = new double[n];CalcX(a, x, n);Output(x, n);Console.ReadLine();}}}2、结果：…。

1）用高斯列主元消元法求解下面的方程组#include <iostream>#include <cmath>#include <iomanip>using namespace std;int main(){//double a[4][5]={1,-1,1,-4,2,5,-4,3,12,4,2, 1,1,11,3,2,-1,7,-1,0};//int i,j,k;int Line,Row;double temp[4][5];//中间量Row=4;Line=5;//Inintial//Result//double X[5];cout<<"最初的矩阵为:"<<endl;for(i=0;i<4;i++){for(j=0;j<5;j++){cout<<a[i][j]<<' ';}cout<<endl;}cout<<endl;/////////////////////////////////for(k=0;k<Row-1;k++){//for(i=k+1;i<Row;i++){//temp[i][k]=a[i][k]/a[k][k];for(j=k;j<Line;j++){a[i][j]-=temp[i][k]*a[k][j];}}}//////////////////////////////////cout<<"经过消元后的增广矩阵为:"<<endl;for(i=0;i<4;i++){for(j=0;j<5;j++){cout<<a[i][j]<<' ';}cout<<endl;}cout<<endl;/////////////////////////////////for(i=Row-1;i>=0;i--){//double temp_new;temp_new=0;for(j=i+1;j<=Row-1;j++){a[i][Row]-=a[i][j]*a[j][Row];}a[i][Row]/=a[i][i];}///////////////////////////////////Print;cout<<"最后的解为:"<<endl;for(i=0;i<Row;i++){//cout<<"X"<<i+1<<"="<<a[i][Row]<<endl;}/////////////////////////////////return 0;}1.2列主元方法#include <iostream>#include <cmath>#include <iomanip>using namespace std;void Print(double a[][5]){int i,j;for(i=0;i<4;i++){for(j=0;j<5;j++){cout<<a[i][j]<<' ';}cout<<endl;}cout<<endl;}int main(){//double a[4][5]={1,-1,1,-4,2,5,-4,3,12,4,2, 1,1,11,3,2,-1,7,-1,0};//double b[4][5]={0.3e-15,int i,j,k,n;int Line,Row;double temp[4][5];//中间量Row=4;Line=5;//Inintial//////////////////////////////////////////////cout<<"最初的矩阵为:"<<endl;Print(a);////////////////////////////////////////////////the main process is underint kk;//flagsdouble max;//bool flag=false;double t;//the temp of change;for(k=0;k<Row-1;k++){/////////////////search the max_num//flag=false;max=a[k][k];kk=k;for(i=k;i<Row;i++){if(abs(a[i][k])>max){max=a[i][k];kk=i;//flag=true;}}//////////////////change the linefor(j=0;j<Line;j++){t=a[k][j];a[k][j]=a[kk][j];a[kk][j]=t;}cout<<"第"<<k+1<<"次换行结果:"<<endl;Print(a);cout<<endl;cout<<"第"<<k+1<<"次消元结果:"<<endl;//////////////////消元的过程for(i=k+1;i<Row;i++){//temp[i][k]=a[i][k]/a[k][k];for(j=k;j<Line;j++){a[i][j]-=temp[i][k]*a[k][j];}}///////////////////Print(a);//}//回带的过程n=Row-1;for(i=n;i>=0;i--){//double temp_new;temp_new=0;for(j=i+1;j<=n;j++){a[i][n+1]-=a[i][j]*a[j][n+1];}a[i][n+1]/=a[i][i];}/////////////////////////////////////////////cout<<"经过消元后的增广矩阵为:"<<endl;Print(a);////////////////////////////////////////////////Print;cout<<"最后的解为:"<<endl;for(i=0;i<Row;i++){//cout<<"X"<<i+1<<"="<<a[i][Row]<<endl;}/////////////////////////////////return 0;}2）分别用列主元消元法与不选主元消元法求解，分析对结果的影响#include <iostream>#include <cmath>#include <iomanip>using namespace std;void Print(double b[][5]){int i,j;for(i=0;i<4;i++){for(j=0;j<5;j++){cout<<b[i][j]<<' ';}cout<<endl;}cout<<endl;}int main(){double b[4][5]={0.3e-15,59.14,3,1,59.17,5.291,-6.130,-1,2,46.78,11.2,9,5,2,1,1,2,1,1,2};int i,j,k,n;int Line,Row;double temp[4][5];//中间量Row=4;Line=5;//Inintial//////////////////////////////////////////////cout<<"最初的矩阵为:"<<endl;Print(b);////////////////////////////////////////////////the main process is underint kk;//flagsdouble max;//bool flag=false;double t;//the temp of change;for(k=0;k<Row-1;k++){/////////////////search the max_num//flag=false;max=b[k][k];kk=k;for(i=k;i<Row;i++){if(abs(b[i][k])>max){max=b[i][k];kk=i;//flag=true;}}//////////////////change the linefor(j=0;j<Line;j++){t=b[k][j];b[k][j]=b[kk][j];b[kk][j]=t;}cout<<"第"<<k+1<<"次换行结果:"<<endl;Print(b);cout<<endl;cout<<"第"<<k+1<<"次消元结果:"<<endl;//////////////////消元的过程for(i=k+1;i<Row;i++){//temp[i][k]=b[i][k]/b[k][k];for(j=k;j<Line;j++){b[i][j]-=temp[i][k]*b[k][j];}}///////////////////Print(b);//}//回带的过程n=Row-1;for(i=n;i>=0;i--){//double temp_new;temp_new=0;for(j=i+1;j<=n;j++){b[i][n+1]-=b[i][j]*b[j][n+1];}b[i][n+1]/=b[i][i];}/////////////////////////////////////////////cout<<"经过消元后的增广矩阵为:"<<endl; Print(b);////////////////////////////////////////////////Print;cout<<"最后的解为:"<<endl;for(i=0;i<Row;i++){//cout<<"X"<<i+1<<"="<<b[i][Row]<<endl;}/////////////////////////////////return 0;}Ax （迭代法收敛速度实验）注意修改不同的A、B的数组2、用迭代法求解;b3、//雅可比迭代法/*@auther luozhengxiao*/#include <iostream>#include <cmath>#include <iomanip>using namespace std;//void Print(double x[]){for(int i=0;i<3;i++){cout<<setprecision(8)<<fixed<<x[i]<<endl;}}int main(){//double B1[3]={-3,2,4};double B2[3]={100,-200,345};double A[3][3]={6,2,-1,1,4,-2,-3,1,4};double x[3],x_old[3],temp;int i,j,k;for(i=0;i<3;i++){cout<<"请输入第"<<i+1<<"个数:";cout<<"\t x["<<i<<"]=";cin>>x[i];//x_old[i]=x[i];}int n;cout<<"请输入迭代次数：";cin>>n;/////////////////////////////////for(k=0;k<n;k++){//for(i=0;i<3;i++){//temp=0;j=0;while(j<3){if(j==i) {j++;continue;}temp+=A[i][j]*x[j];j++;}x_old[i]=B1[i]-temp;x_old[i]/=A[i][i];}for(j=0;j<3;j++){x[j]=x_old[j];}}Print(x);return 0;}。

西京学院数学软件实验任务书课程名称数学软件实验班级*** 学号*** 姓名***实验课题线性方程组高斯消去法，高斯列主元消去法，高斯全主元消去法实验目的熟悉线性代数方程组高斯消去法，高斯列主元消去法，高斯全主元消去法实验要求运用Matlab/C/C++/Java/Maple/Mathematica等其中一种语言完成实验内容线性方程组高斯消去法线性方程组高斯列主元消去法线性方程组高斯全主元消去法成绩教师1. 实验目的掌握高斯消去法的基本思路和迭代步骤；熟悉线性代数方程组高斯消去法，高斯列主元消去法，高斯全主元消去法；培养编程与上机调试能力。

2. 算法描述注：本实验以3行4列的增广矩阵为例1. 高斯消去法基本思路设有方程组A*x=b，设A是可逆矩阵。

高斯消去法的基本思想就是将矩阵的初等行变换作用于方程组的增广矩阵，将其中的A 变换成一个上三角矩阵，然后求解这个三角形方程组。

2. 高斯顺序消去法计算步骤将方程组用增广矩阵B={A:b}表示。

1.消元过程(1) a[0][0]!=0.(2)如果a[0][0]=0，则矩阵A奇异，程序结束。

(3)消元每一行都先与第一行消元通式为：a[i][j]=a[i][j]+a[k][j]*（-a[i][k]/a[k][k]）2. 回代过程(1) 若a[k][k]=0,则矩阵奇异，方程组解不唯一，程序结束；(2) 从下往上一步步回代通式为：a[i][3]=a[i][3]-a[i][j]*x[j]x[i]=a[i][3]/a[i][i]3.高斯列主元消去法计算步骤将方程组用增广矩阵B={A:b}表示1.第i次选出i列中最大的行与第i行交换循环同时进行顺序消元过程2.回代过程与顺序法相同4.高斯全主元消去法计算步骤将方程组用增广矩阵B={A:b}表示1.找出所有未知量系数的最大元素记下最大元素所在的行与列2.将最大元素所在的行换到第i行3.将最大元素所在的列换到第i列4.记下列的变换5.回代过程与顺序法相同6.将列变换交换回来7.输出结果3 实验内容解方程组x1+x2+x3=6x2-x3=52x1-2x2+x34 实验步骤C语言代码1.高斯顺序消元法：#include"stdio.h"void main(){int i,j,k,s,x[3],a[3][4];//input matrixprintf("请注意输入的增广矩阵A为3行4列\n");for(i=0;i<3;i++){printf("第%d行\n",i+1);for(j=0;j<4;j++){// printf("%d :",j+1);scanf("%d",&a[i][j]);}// printf("\n");}//outputprintf("\n线性方程组的增广矩阵A为：\n");for(i=0;i<3;i++){for(j=0;j<4;j++)printf("%-5d",a[i][j]);printf("\n");}// gsfor(k=0;k<2;k++){for(i=k+1;i<3;i++){s=-a[i][k]/a[k][k];for(j=k;j<4;j++){a[i][j]=a[i][j]+a[k][j]*s;}}}printf("\n");//outprintf("\n线性方程组的增广矩阵经过高斯消元得到的矩阵为：\n");for(i=0;i<3;i++){for(j=0;j<4;j++)printf("%-5d",a[i][j]);printf("\n");}//solutionprintf("\n线性方程组的解为：\n");x[2]=a[2][3]/a[2][2];for(i=3-2;i>=0;i--){if(a[i][i]!=0){for(j=i+1;j<3;j++){a[i][3]=a[i][3]-a[i][j]*x[j];}x[i]=a[i][3]/a[i][i];}else printf("\n方程组解不唯一");}for(i=1;i<=3;i++){printf("x%d=%-5d",i,x[i-1]);}printf("\n");}2.高斯列主元消去法：#include"stdio.h"void main(){int i,j,k,s,p,l,m,x[3],a[3][4];//input matrixprintf("请注意输入的增广矩阵A为3行4列\n");for(i=0;i<3;i++){printf("第%d行\n",i+1);for(j=0;j<4;j++){// printf("%d :",j+1);scanf("%d",&a[i][j]);}// printf("\n");}//outputprintf("\n线性方程组的增广矩阵A为：\n");for(i=0;i<3;i++){for(j=0;j<4;j++)printf("%-5d",a[i][j]);printf("\n");}// gsfor(k=0;k<2;k++){for(l=k+1;l<3;l++)if(a[k][k]<a[l][k])for(m=k;m<4;m++){p=a[k][m];a[k][m]=a[l][m];a[l][m]=a[k][m];}for(i=k+1;i<3;i++){s=-a[i][k]/a[k][k];for(j=k;j<4;j++){a[i][j]=a[i][j]+a[k][j]*s;}}}printf("\n");//outprintf("\n线性方程组的增广矩阵经过高斯消元得到的矩阵为：\n");for(i=0;i<3;i++){for(j=0;j<4;j++)printf("%-5d",a[i][j]);printf("\n");}//solutionprintf("\n线性方程组的解为：\n");x[2]=a[2][3]/a[2][2];for(i=3-2;i>=0;i--){if(a[i][i]!=0){for(j=i+1;j<3;j++){a[i][3]=a[i][3]-a[i][j]*x[j];}x[i]=a[i][3]/a[i][i];}else printf("\n方程组解不唯一");}for(i=1;i<=3;i++){printf("x%d=%-5d",i,x[i-1]);}printf("\n");}3.高斯全主元消去法：#include"stdio.h"#include"math.h"void main(){int i,j,i1,j1,k,q,l,m,p[3]={0,1,2};float s,x[3],a[3][4],max;printf("请注意输入的增广矩阵A为3行4列\n");for(i=0;i<3;i++){printf("第%d行\n",i+1);for(j=0;j<4;j++){scanf("%f",&a[i][j]);}}printf("\n");for(k=0;k<2;k++){max=abs(a[k][k]);for(i=k;i<3;i++){for(j=k;j<3;j++){if(abs(a[i][j])>max){max=a[i][j];i1=i;j1=j;}}}for(m=k;m<4;m++){q=a[k][m];a[k][m]=a[i1][m];a[i1][m]=q;}for(l=k;l<3;l++){q=a[l][k];a[l][k]=a[l][j1];a[l][j1]=q;}printf("\n");q=p[k];p[k]=p[j1];p[j1]=q;for(i=k+1;i<3;i++){s=-a[i][k]/a[k][k];for(j=k;j<4;j++){a[i][j]=a[i][j]+a[k][j]*s;}}}printf("\n");printf("\n线性方程组的增广矩阵经过高斯全主元消元得到的矩阵为：\n");for(i=0;i<3;i++){for(j=0;j<4;j++)printf("%-10f",a[i][j]);printf("\n");}printf("\n线性方程组的解为：\n");x[2]=a[2][3]/a[2][2];for(i=3-2;i>=0;i--){if(a[i][i]!=0){for(j=i+1;j<3;j++){a[i][3]=a[i][3]-a[i][j]*x[j];}x[i]=a[i][3]/a[i][i];}else printf("\n方程组解不唯一");}for(i=0;i<3;i++){printf("x%d=%-10f",p[i]+1,x[i]);}printf("\n");}2.实验结果：1.高斯顺序消元法：2.高斯列主元消去法：3.高斯全主元消去法：5.实验总结：通过本次实验再次熟悉了高斯主元消元法的思想，加深了对C语言的理解，简洁明了，学会了C语言编写的函数通用实用。

高斯消元法解线性方程组C++实验报告2015年6月一、完成人王婧婷张子承郗滢二、问题描述线性方程组问题是大学阶段经常研究的问题，为了进一步熟悉理解高斯消元法的解题思路并且掌握编程语言在数学方面的应用。

且为解决线性方程组问题提供便利，要求给出线性方程组的矩阵，能够输出线性方程组的解。

三、解决方案设计基本程序流程为：（1）输入矩阵（2）运用初等行变换将其化为阶梯型矩阵（3）调用一个函数：r（）求其秩（有解时）及其无解情况实验原理为：（1）系数矩阵及其增广矩阵经过初等行变换所得到的矩阵对应的方程与原方程同解（2）化为阶梯型矩阵过程（输入增广矩阵后，运用初等行变换，使其a[i][i]以下全为零，若a[i][i]为零，运用行变换交换使其不为零）（3）输出阶梯型矩阵（4）判断解情况并输出（解情况）（5）输出解四、模块及代码组织设计其基本模块分为三大部分，7小部分。

第一部分为输入矩阵阶段，用for语句实现。

第二部分是对矩阵进行一系列的处理以求得线性方程组的解，先运用初等行变换化为阶梯型，并输出化简矩阵；然后以线性方程组的秩判断其是否有解（规定无解时秩为零）。

第三部分是输出线性方程组的解情况及其解，如果无解即输出无解。

五、关键代码（1）实现化为阶梯型的代码实现此功能的代码是整个程序的重要内容，其需要进行的初等变换以实现校园的目的，使线性方程组得到简化。

其实现如下： for( i=0; i<=n-1&&i<m; i++ ){if(a[i][i]!=0){m1=a[i][i];for( j=i+1; j<=m-1; j++){m2=a[j][i];for( k=0; k<=n; k++ ){a[j][k]=a[j][k]-a[i][k]*m2/m1;}}}else if(a[i][i]==0){for( j=i+1; j<=m-1; j++){if(a[j][i]!=0){for(k=0; k<=n; k++)//交换i,j两行使a[i][i]!=0{b=a[i][k];a[i][k]=a[j][k];a[j][k]=b;}break;}}m1=a[i][i];for( j=i+1; j<=m-1; j++){m2=a[j][i];for( k=0; k<=n; k++ ){a[j][k]=a[j][k]-a[i][k]*m2/m1;}}}}（2）求出线性方程组系数矩阵秩的代码此代码是实现判断线性方程组解情况，其代码如下：int r(int m,int n,double c[][10000]){int i,j,k,b,e=0,f,x;double temp;double m1,m2;for(i=0; i<m; i++){b=0;for(j=0; j<n; j++){b=b+c[i][j];if (b!=0 ){e++;break;}}}for(i=0; i<m; i++){b=0;f=0;for(j=0; j<n; j++){b=b+c[i][j];if(b!=0 ) f=1;}if(f== 0 && c[i][n]!=0)//若系数全为0，非齐次项不为0； {return 0;x=1;break;}}if(x!=1)return e;}（3）分情况讨论解结构无解直接输出，单一解调用函数求解，无穷多解输出基础解析，代码如下：if(ra==0)cout<<"无解"<<endl;if(ra==n)//有唯一解{cout<<"唯一解"<<endl;danjie(n,a,x);for(i=0; i<n; i++)cout<<'x'<<(i)<<'='<<(x[i])<<endl;}else if(ra<n&&ra!=0){cout<<"无穷多解"<<endl;int ra=r(m,n,a);double b[ra][n-ra+1];double xx[ra][n-ra+1];for(i=0; i<ra; i++){for(k=0; k<n-ra+1; k++){b[i][k]=a[i][k+ra];}}for(i=0; i<ra; i++)a[i][ra]=b[i][n-ra];}danjie(ra,a,x);for(i=0; i<ra; i++){xx[i][0]=x[i];}for(j=1; j<=n-ra; j++){for(i=0; i<ra; i++){a[i][ra]=0;a[i][ra]=a[i][ra]-b[i][j-1];}danjie(ra,a,x);for(i=0; i<ra; i++){xx[i][j]=x[i];}}for(i=0; i<n; i++){if(i<ra){cout<<'x'<<(i+1)<<'=';for(j=0; j<=n-ra; j++){if(j==0){if(xx[i][j])cout<<xx[i][j];}else{if(xx[i][j]>0&&(xx[i][j-1]==0))cout<<xx[i][j]<<'k'<<(j);elseif(xx[i][j]>0&&xx[i][j-1]!=0)cout<<'+'<<xx[i][j]<<'k'<<(j);else if(xx[i][j]<0)cout<<xx[i][j]<<'k'<<(j); }}}else cout<<'x'<<(i+1)<<'='<<'k'<<(i+1-ra);cout<<endl;}cout << ra << endl;}void danjie(int n,double a[][10000],double x[]) {int i,j;for (i=n-1; i>=0; i--){if(i==n-1) x[i]=a[i][n]/a[i][i];elsefor(j=n-1; j>i; j--){a[i][n]=a[i][n]-x[j]*a[i][j];}x[i]=a[i][n]/a[i][i];}}运行实例(1) 2X1-X2+3X3+2X4=63X1-3X2+3X3+2X4=53X1-X2-X3+2X4=33X1-X2+X3-X4=4唯一解X1=1,X2=1,X3=1,X4=1(2)X1+X4=40X2+X5=20X3+X6=10X1+X2+X3=45X4+X5+X6=25无穷多解X1=15+X5+X6,X2=20-X5,X3=10-X6,X4=25+X5+X6,X5=X5,X6=.(3) X1+2X2=5X1+X2=42X1+X2=3无解。

高斯消去算法实验报告1. 实验背景高斯消去算法，也称为高斯消元法，是一种用于求解线性方程组的常用方法。

通过进行一系列的行变换，将方程组化简为阶梯矩阵，从而得到方程组的解。

本实验旨在使用高斯消去算法，解决给定的线性方程组。

2. 实验过程2.1 算法原理高斯消去算法的基本思想是通过进行行变换，将线性方程组化简为阶梯矩阵。

具体流程如下：1. 对于每一列，从对角线开始，选取主元（即该列中绝对值最大的元素），并将该主元所在的行与对角线所在的行交换位置。

这样可以避免除法中的误差积累。

2. 通过进行行变换，将主对角线以下的元素全部清零。

具体方法是，对于每一行i，通过消去第i+1行到最后一行的第i列元素，从而将下三角矩阵的元素清零。

3. 倒序遍历每一行，通过行变换，将主对角线以上的元素清零。

具体方法是，消去第i-1行到第1行的第i列元素，从而将上三角矩阵的元素清零。

4. 将矩阵化简为阶梯矩阵。

2.2 实验步骤1. 取得待解线性方程组的系数矩阵A和常数向量b。

2. 将矩阵A和向量b合并为增广矩阵Ab。

3. 通过高斯消去算法，将增广矩阵化简为阶梯矩阵。

4. 根据化简后的阶梯矩阵，求解线性方程组。

3. 实验结果以一个3阶线性方程组为例进行实验，方程组如下：2x + 3y + z = 93x + 2y + 4z = 124x + 3y + 6z = 18按照操作步骤，我们将系数矩阵A和常数向量b合并为增广矩阵Ab：markdownA = [[2, 3, 1],[3, 2, 4],[4, 3, 6]]b = [9, 12, 18]Ab = [[2, 3, 1, 9],[3, 2, 4, 12],[4, 3, 6, 18]]然后，通过高斯消去算法，将增广矩阵Ab化简为阶梯矩阵：markdownAb = [[2, 3, 1, 9],[0, 1.5, 2.5, 6],[0, 0, 0, 0]]根据化简后的阶梯矩阵，我们可以得到方程组的解：x = 1y = 2z = 0因此，该线性方程组的解为x=1，y=2，z=0。