矩阵的分解.ppt

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1、关于矩阵的分解现在学习的是第1页，共43页定理3.12 L是单位下三角矩阵U一个上三角矩阵 Gauss消元法的消元过程实际上是对线性代数方程组进消元法的消元过程实际上是对线性代数方程组进行一系列行一系列初等行变换初等行变换的过程。由线性代数知识知，线性代的过程。由线性代数知识知，线性代数方程组的初等变换相当于对其增广矩阵实行数方程组的初等变换相当于对其增广矩阵实行初等行变换初等行变换，也即相当于增广矩阵也即相当于增广矩阵左边乘以一个初等矩阵左边乘以一个初等矩阵。现在学习的是第2页，共43页现在学习的是第3页，共43页也可以直接用比较法导出矩阵A的LU分解的计算公式。上式可记为比较第1行比较第r

2、行现在学习的是第4页，共43页同样，由比较第r列现在学习的是第5页，共43页综合以上分析，有因此可以推导出U的第一行L的第一列-(1)-(2)现在学习的是第6页，共43页思考U的第r行L的第r列-(3)-(4)称上述(1)(4)式所表示的分解过程为矩阵A的Doolittle分解现在学习的是第7页，共43页function l,u=lu_Doolittle1(A)%求可逆矩阵的LU分解%A为可逆矩阵，l为单位下三角矩阵，u为上三角矩阵n=length(A);u=zeros(n);l=eye(n);u(1,:)=A(1,:);l(2:n,1)=A(2:n,1)/u(1,1);for k=2:n f

3、or j=k:n u(k,j)=A(k,j)-l(k,1:k-1)*u(1:k-1,j);end u(k,k:n)=A(k,k:n)-l(k,1:k-1)*u(1:k-1,k:n);for i=k+1:n l(i,k)=(A(i,k)-l(i,1:k-1)*u(1:k-1,k)/u(k,k);end l(k+1:n,k)=(A(k+1:n,k)-l(k+1:n,1:k-1)*u(1:k-1,k)/u(k,k);end现在学习的是第8页，共43页对于线性方程组系数矩阵非奇异，经过Doolittle分解后线性方程组可化为下面两个三角形方程组现在学习的是第9页，共43页现在学习的是第10页，共43页

4、上述解线性方程组的方法称为直接三角分解法的 Doolittle分解例例3.2.1 用Doolittle分解求解方程组解解下面再用Doolittle分解方法求解现在学习的是第11页，共43页现在学习的是第12页，共43页Doolittle分解在计算机上实现是比较容易的但如果按上述流程运算仍需要较大的存储空间:现在学习的是第13页，共43页因此可按下列方法存储数据:现在学习的是第14页，共43页直接三角分解的Doolittle分解可以用以下过程表示:存储单元(位置)现在学习的是第15页，共43页Doolittle分解的紧凑格式现在学习的是第16页，共43页Doolittle分解的结果与Gauss消

5、元法所得结果完全一样，但却避免了中间过程。现在学习的是第17页，共43页定理3.2.3 设矩阵A非奇异，当且仅当矩阵A的所有顺序主子式全非零时，其Doolittle分解式存在，且分解是惟一的。下面给出Doolittle分解存在惟一的一个充要条件现在学习的是第18页，共43页例例3.2.2 用紧凑格式的Doolittle分解求解方程组解解现在学习的是第19页，共43页现在学习的是第20页，共43页所以现在学习的是第21页，共43页例例3.2.3 用Doolittle分解求解方程组解解直接利用Doolittle分解的紧凑格式算得现在学习的是第22页，共43页现在学习的是第23页，共43页 列选主元

6、列选主元Doolittle分解分解在Doolittle分解(包括紧凑格式)中，会反复用到公式仍有可能是小主元做除数为此，也要考虑在算法中加入选取列主元现在学习的是第24页，共43页 Crout 分解分解L为下三角矩阵，U为单位上三角矩阵现在学习的是第25页，共43页三、三、Cholesky分解与平方根法分解与平方根法 对称正定矩阵的三角分解（对称正定矩阵的三角分解（Cholesky分解）分解）现在学习的是第26页，共43页现在学习的是第27页，共43页因此可以证明这种分解是唯一的可以证明这种分解是唯一的设存在另外的一个分解设存在另外的一个分解则则单位下三角单位下三角上三角上三角所以：所以：现在

7、学习的是第28页，共43页又因为：又因为：即即所以：所以：即即则：则：令：令：现在学习的是第29页，共43页综合以上分析,则有为了方便我们记：为了方便我们记：定理定理3.2.3 (Cholesky分解)且该分解式唯一这种关于对称正定矩阵的分解称为Cholesky分解现在学习的是第30页，共43页现在学习的是第31页，共43页-(6)-(7)-(8)现在学习的是第32页，共43页现在学习的是第33页，共43页 对称正定线性方程组的解法对称正定线性方程组的解法线性方程组-(10)-(11)因而线性方程组(10)可化为两个三角形方程组-(12)-(13)现在学习的是第34页，共43页例例3.2.7用平方根法解对称正定方程组解解现在学习的是第35页，共43页现在学习的是第36页，共43页即所以原方程组的解为现在学习的是第37页，共43页 平方根法的数值稳定性平方根法的数值稳定性用平方根法求解对称正定方程组时不需选取主元由可知因此平方根法是数值稳定的现在学习的是第38页，共43页3.2.6 解三对角方程组的追赶法解三对角方程组的追赶法现在学习的是第39页，共43页如果矩阵A满足现在学习的是第40页，共43页以下先以gauss消元法导出三对角方程组的解法现在学习的是第41页，共43页设经过经过n-1消元以后消元以后现在学习的是第42页，共43页感谢大家观看现在学习的是第43页，共43页