《普通高等院校十二五規(guī)劃教材:數(shù)值計算方法復習與實驗指導》是國防工業(yè)出版社出版的教材《數(shù)值計算方法》的配套用書,內容分為數(shù)值計算方法概論、非線性方程的數(shù)值解法、線性方程組的直接法、線性方程組的迭代法、插值法與最小二乘擬合法、數(shù)值積分與數(shù)值微分、常微分方程的數(shù)值解法、矩陣特征值與特征向量的計算等8章。每章由內容提要、例題分析、習題選解、綜合練習和實驗指導五個部分組成,在附錄中給出了綜合練習題目的解答,并給出了五套模擬試卷及參考答案。
《普通高等院校十二五規(guī)劃教材:數(shù)值計算方法復習與實驗指導》可作為普通本科院校理工科專業(yè)學生學習數(shù)值分析或計算方法課程的參考教材,也可供從事科學與工程計算的科技人員學習,對備考研究生的讀者也頗有參考價值。
第1章 數(shù)值計算方法概論
1.1 內容提要
1.2 例題分析
1.3 習題選解
1.4 綜合練習
1.5 實驗指導
第2章 非線性方程的數(shù)值解法
2.1 內容提要
2.2 例題分析
2.3 習題選解
2.4 綜合練習
2.5 實驗指導
第3章 線性方程組的直接法
3.1 內容提要
3.2 例題分析
3.3 習題選解
3.4 綜合練習
3.5 實驗指導
第4章 線性方程組的迭代法
4.1 內容提要
4.2 例題分析
4.3 習題選解
4.4 綜合練習
4.5 實驗指導
第5章 插值法與最小二乘擬合法
5.1 內容提要
5.2 例題分析
5.3 習題選解
5.4 綜合練習
5.5 實驗指導
第6章 數(shù)值積分與數(shù)值微分
6.1 內容提要
6.2 例題分析
6.3 習題選解
6.4 綜合練習
6.5 實驗指導
第7章 常微分方程的數(shù)值解法
7.1 內容提要
7.2 例題分析
7.3 習題選解
7.4 綜合練習
7.5 實驗指導
第8章 矩陣的特征值與特征向量的計算
8.1 內容提要
8.2 例題分析
8.3 習題選解
8.4 綜合練習
8.5 實驗指導
附錄A 綜合練習參考解答
附錄B 模擬試卷
模擬試卷A
模擬試卷B
模擬試卷C
模擬試卷D
模擬試卷E
附錄C 模擬試卷參考解答
試卷A解答
試卷B解答
試卷C解答
試卷D解答
試卷E解答
參考文獻
1.數(shù)值計算方法
數(shù)值計算方法是研究使用計算機求解各種數(shù)學問題的方法、理論及其軟件實現(xiàn)的一個數(shù)學分支。其基本內容是構造求解科學與工程領域的各種數(shù)學問題的數(shù)值算法,研究算法的數(shù)學機理,對求得或將要求得的解的精度進行估計,通過編程和上機實現(xiàn)算法求得結果,分析數(shù)值結果的誤差,并與相應的理論結果和可能的實驗數(shù)據(jù)對比印證。
2.誤差
數(shù)值計算通常是近似計算,實際結果與理論結果之間存在誤差。誤差按照來源可分為模型誤差、觀測誤差、截斷誤差和舍人誤差四類。
1)截斷誤差與舍人誤差
數(shù)學模型的精確解與數(shù)值方法的近似解之間的差異稱為截斷誤差,由于截斷誤差是方法固有的,所以也稱為方法誤差。
由于計算機的字長有限,原始數(shù)據(jù)以及計算過程中的數(shù)據(jù)在計算機上都只能按照一定的舍入規(guī)則保留有限位,由此產生的誤差稱為舍入誤差。
數(shù)值計算方法中總是假定數(shù)學模型是準確的,因而不考慮模型誤差和觀測誤差,主要研究截斷誤差和舍入誤差對計算結果的影響。
2)絕對誤差與絕對誤差限
定義1-1 設x為準確值,x*為x的一個近似值,稱E0(x)=x*-x
3.有效數(shù)字
定義1-3 設x為準確值,x*為x的一個近似值,如果x*的絕對誤差限不超過它的某一數(shù)位的半個單位,并且從x*左起第一個非零數(shù)字到該數(shù)位共有n位,則稱這n個數(shù)字為x*的有效數(shù)字,也稱用x*近似x時具有n位有效數(shù)字。
4.算法的數(shù)值穩(wěn)定性
定義1-5 由基本運算和運算順序的規(guī)則所構成的完整的解題步驟稱為算法。
定義1-6 如果一個算法在執(zhí)行過程中舍入誤差在一定條件下能夠得到有效控制,即初始誤差和計算過程中的舍入誤差不影響產生可靠的結果,則稱這個算法是數(shù)值穩(wěn)定的;否則,若出現(xiàn)與數(shù)值穩(wěn)定相反的情況,就稱此算法是數(shù)值不穩(wěn)定的。
5.數(shù)值算法設計的基本原則
(1)通過簡化計算步驟減少運算次數(shù)。
(2)避免兩個相近的數(shù)相減。
(3)避免除數(shù)絕對值遠遠小于被除數(shù)絕對值的除法。
(4)防止大數(shù)“吃掉”小數(shù)。
(5)盡量采用數(shù)值穩(wěn)定性好的算法。
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