Консультация № 172483
22.09.2009, 16:59
100.00 руб.
23.09.2009, 21:34
0 15 1
Здравствуйте! Подскажите пожалуйста алгоритм метода Гаусса без выбора ведущего элемента.

Обсуждение

давно
Посетитель
7438
7205
22.09.2009, 17:43
общий
Уточните, пожалуйста: речь идет о решении системы линейных уравнений методом Гаусса из предположения, что ведущий элемент каждой строки не равен нулю?
Об авторе:
"Если вы заметили, что вы на стороне большинства, —
это верный признак того, что пора меняться." Марк Твен
Неизвестный
22.09.2009, 18:37
общий
Понимаете, я запутался в этом. В целом у меня курсовая с темой: Исследовать метод Гаусса без выбора ведущего элемента для решения СЛАУ с блочно-трехдиагональной матрицей.
Ну я не ищу готовое решение ответа, для начала хотя просто это метод без выбора элемента. В литературе нашел следующие варианты:
1) при решении СЛАУ методом Гаусса, мы берем за главный элемент a(1,1) - левый верхний элемент матрицы, при условии что он не равен нулю и дальше по алгоритму - такой метод как я понимаю не подходит ибо у нас есть ведущий элемент а(1,1).
2) далее узнал что метод Гаусса есть частный случай метода главных элементов (за главный элемент выбираем левый верхний), тогда я думаю что и этот метод не подходит т.к. мы все равно выбираем ненулевой, наибольший по модулю элемент не принадлежащий столбцу свободных членов, т.е. ведущий элемент у нас тут тоже есть.
3) вроде бы есть ещё следующий вариант метода: метод исключения Гаусса, т.е. мы приводим систему к треугольному виду следующим способом: вычитаем из второго уравнения системы первое, умноженной на число умноженное, чтобы уничтожился коэффициент при x1 и т.д. - насколько я понял этот метод может подойти.
Но когда я подошел к преподавателю с этим вопросом, 1 и 3 вариант были отвергнуты, а мне была дана книжка (Демидович, Марон), открытая на втором варианте. На вопрос: А разве мы не используем тут ведущий элемент?. Мне сказали учить теория. Но я вконец запутался...

Цитата: Лысков Игорь Витальевич
Лысков Игорь Витальевич

А что касается Вашего вопроса, то я его не совсем понял при чем тут ведущий элемент каждой строки, если нам надо решить без выбора главного элемента.

P.S. Извините, что так много расписал, наверное много лишнего. Просто мне показалось что мне стоит выложить свой взгляд на это, может я просто что-то элементарное не понимаю...
давно
Мастер-Эксперт
17387
18353
22.09.2009, 20:14
общий
Draconit:
Здравствуйте!

Неужели в учебнике Демидовича нет разъяснений? Попробуйте обратиться к ссылкам, которые приведены ниже. Может быть, пригодится.

Блок-схема алгоритма метода Гаусса без выбора главного элемента

Статья о методах исключения Гаусса на информационно-аналитическом ресурсе

С уважением.
Об авторе:
Facta loquuntur.
Неизвестный
23.09.2009, 08:01
общий
Гордиенко Андрей Владимирович, здравствуйте!

По поводу первой ссылки: мне нужен метод Гаусса без выбора ведущего элемента, а в этом алгоритме как я понимаю используется ведущий элемент, мы на него делим. То же касается и второй ссылки, если я не ошибаюсь там этот же самый алгоритм только не в блок схеме а на словах.

У меня отсканированный учебник, но не весь.
давно
Мастер-Эксперт
17387
18353
23.09.2009, 08:43
общий
Draconit:
Вопрос в том, что главный элемент отсутствует или в том, что ЕГО НЕ НУЖНО ВЫБИРАТЬ при решении? Попробуйте прочитать здесь. Включите поиск по странице и наберите "без выбора главного элемента"...

С уважением.
Об авторе:
Facta loquuntur.
Неизвестный
23.09.2009, 12:23
общий
Гордиенко Андрей Владимирович, в том что его не нужно выбирать.

А главный и ведущий элемент это одно и тоже или нет?
давно
Посетитель
7438
7205
23.09.2009, 12:45
общий
Да, это одно и тоже.
Вы обратили внимание, что в алгоритме происходит деление на коэффициент на главной диагонали (это, собственно, и есть главный/ведущий элемент каждой строки)? Теперь представьте, что будет, если этот элемент будет равен нулю...
Алгоритм без выбора ведущего элемента предполагает, что все главные элементы не равны 0. Иначе, алгоритм не сработает!
Алгоритм с выбором ведущего элемента гибче, он позволяет динамически переставлять столбцы матрицы (выбирать), чтобы на главной диагонали оказался отличный от нуля элемент.
Об авторе:
"Если вы заметили, что вы на стороне большинства, —
это верный признак того, что пора меняться." Марк Твен
Неизвестный
23.09.2009, 12:50
общий
Лысков Игорь Витальевич, ну как я понимаю тогда в трехдиагональных матрицах на диагонали же нет нулей... т.е. алгоритм может подойти.
Но я так и не понял в чем суть метода Гаусса без выбора ведущего элемента, каков его алгоритм?
давно
Посетитель
7438
7205
23.09.2009, 13:21
общий
Пардон, я, кажется ввел Вас в заблуждение по поводу выбора ведущего элемента...
На самом деле, не только нулевое значение на главной диагонали (что само собой) приводит
к необходимости выбирать ведущий элемент, а и для уменьшения погрешности вычислений
(что важно при численном решении)
Посмотрите суть метода, да и для чего делается выбор главного элемента, например, здесь
Об авторе:
"Если вы заметили, что вы на стороне большинства, —
это верный признак того, что пора меняться." Марк Твен
Неизвестный
23.09.2009, 13:48
общий
Лысков Игорь Витальевич, нет ну я вроде понял что с выбором ведущего элемента алгоритм лучше, но я так и не понимаю в чем суть метода без выбора ведущего элемента.
давно
Посетитель
7438
7205
23.09.2009, 14:16
общий
Draconit:
Ссылку смотрели? В начале страницы дано описание самого метода... Хорошо, своими словами...
1) приводим к диаголальной матрице:
1.1)делим очередную строку в матрице коэффициентов и свободных членов
на элемент на главной диагонали (главный элемент становится равным 1)
1.2)добиваемся, чтобы для всех сток ниже под главным элементом стало 0.
Для этого вычитаем из всех последующих строк рассматриваемую строку с главным элементом,
умноженную на элемент каждой этой последующей строки в одном столбце с главным элементом рассматриваемой строки
2) из полученной диагональной матрицы снизу вверх находим все переменные
Об авторе:
"Если вы заметили, что вы на стороне большинства, —
это верный признак того, что пора меняться." Марк Твен
Неизвестный
23.09.2009, 14:38
общий
Лысков Игорь Витальевич:
читал, но ведь мы в этом методе предполагаем, что a(1,1)[$8800$]0. Разве это не есть ведущий элемент?

Цитата: 248599
3) вроде бы есть ещё следующий вариант метода: метод исключения Гаусса, т.е. мы приводим систему к треугольному виду следующим способом: вычитаем из второго уравнения системы первое, умноженной на число умноженное, чтобы уничтожился коэффициент при x1 и т.д. - насколько я понял этот метод может подойти.


Может быть я его не точно привел, писал по памяти, вроде бы это тот же метод что советуете и Вы, но когда я его предложил преподавателю, она сказала что он не подходит, т.к. это метод единственного деления (хотя я допускаю что мог при объяснении метода преподавателю что-то напутать). И преподаватель предложил использовать метод главных элементов, но он по моему тоже не подходит...
давно
Посетитель
7438
7205
23.09.2009, 15:49
общий
Тогда имеется в виду вот это
Об авторе:
"Если вы заметили, что вы на стороне большинства, —
это верный признак того, что пора меняться." Марк Твен
Неизвестный
23.09.2009, 17:00
общий
Лысков Игорь Витальевич:
А вот если не брать во внимание слова препода, то ведь по логике, метод исключения Гаусса больше подходит для данной темы (без выбора главного элемента), чем метод главных элементов (там ведь мы выбираем главный элемент и работаем с ним)?
давно
Мастер-Эксперт
17387
18353
23.09.2009, 19:48
общий
это ответ
Здравствуйте, Draconit.

Ссылка на блок-схему интересующего Вас метода уже была дана в мини-форуме вопроса.

Для того, чтобы разрешить возникшие у Вас и высказанные в мини-форуме вопроса сомнения, обратимся к учебнику «Основы вычислительной математики» Б. П. Демидовича и И. А. Марона, выпущенному в 1963 г. в Москве Государственным издательством физико-математической литературы.

Цитируем:
Страница 268: Способы решения систем линейных уравнений в основном разделяются на две группы: 1) точные методы, представляющие собой конечные алгорифмы для вычисления корней системы (таковы, например, правило Крамера. метод Гаусса, метод главных элементов, метод квадратных корней и др.), и 2) итерационные методы, позволяющие получать корни системы с заданной точностью путем сходящихся бесконечных процессов (к числу их относятся метод итерации, метод Зейделя, метод релаксации и др.).

Страница 282: Выберем ненулевой, как правило, наибольший по модулю, не принадлежащий к столбцу свободных членов (q ≠ n + 1) элемент a[sub]pq[/sub] матрицы M, который называется главным элементом <…>

Страница 283: Метод Гаусса является частным случаем метода главных элементов, а схема метода Гаусса получается, если за главный элемент всегда выбирать левый верхний элемент соответствующей матрицы.

Надо полагать, Вам знакома сущность и метода Гаусса, и метода главных элементов. Тогда из приведенного выше видно, что метод Гаусса предполагает, что главный элемент уже выбран и находится в левом верхнем углу матрицы. Это и есть метод Гаусса без выбора главного элемента. Используя метод главных элементов, необходимо при каждом шаге выбирать главный элемент.

Конечно, авторов учебника можно упрекнуть в нелогичности. Сначала, давая классификацию способов решения систем линейных уравнений, они разделяют метод Гаусса и метод главных элементов. Затем, излагая сущность метода главных элементов, они относят метод Гаусса к частному случаю метода главных элементов…

Обратимся теперь к учебнику «Вычислительные методы линейной алгебры» Д. К. Фаддеева и В. Н. Фаддеевой, выпущенному в 2002 г. в Санкт-Петербурге издательством «Лань».

Цитируем:
Страницы 160 – 161: Схема единственного деления очень проста и удобна. Однако она не является универсальной, в том смысле, что для ее применимости нужно, чтобы все ведущие элементы были отличны от нуля. Это обстоятельство, однако, не может быть предсказано без вычислений, которые в той или иной форме эквивалентны самому применению схемы. Близость ведущих элементов к нулю может быть причиной значительной потери точности.
Поэтому схему единственного деления целесообразно несколько видоизменить, не предписывая a priori порядка исключаемых неизвестных.
Наилучшим вариантом является схема единственного деления по главным элементам. В этой схеме в качестве исключаемой на m-м шагу неизвестной выбирается та, коэффициент при которой на предыдущем шагу был наибольшим по модулю. При вычислении по схеме главных элементов исчезновение значащих цифр может происходить, только если система плохо обусловлена, так что происходящая при этом потеря точности неизбежна по существу дела. Схеме главных элементов лишь немного уступает значительно менее трудоемкая схема с выбором наибольшего коэффициента в очередном столбце или строке.
Последовательные исключения неизвестных, преобразующие данную систему в систему с треугольной матрицей, можно проводить и по другим вычислительным схемам.
В схеме деления и вычитания на каждом шагу делятся все уравнения на коэффициент при исключаемой неизвестной, а затем само исключение производится вычитанием одного уравнения из всех остальных.
В схеме умножения и вычитания на первом шагу неизвестное x[sub]1[/sub] исключается из i-го уравнения посредством умножения этого уравнения на a[sub]11[/sub] и вычитанием первого уравнения, умноженного на a[sub]i1[/sub]. На последующих шагах применяется тот же прием <…>
Существуют и другие вычислительные схемы. В частности, каждую из описанных схем можно применять как с заранее предписанным порядком исключения неизвестных, так и выбирая порядок исключения по ходу процесса, например, по главным элементам.


Приведенная цитата относится к описанию метода Гаусса, рассматриваемого как совокупность некоторых схем. При этом способы выбора главного элемента, перечислены в цитате. Их три:
- в очередной матрице;
- в очередной строке;
- в очередном столбце.

При отсутствии выбора главного элемента порядок исключения переменных заранее определен. Роль главного элемента играет левый верхний элемент очередной матрицы – ведущий элемент. Можно назвать его главным, внося путаницу, которая Вас и смутила.

Подобная ситуация с терминологией существует и в других отраслях знаний, в частности, в технических науках. Ничего не поделаешь: процесс стандартизации терминологии весьма затратный, и заниматься им никто по доброй воле не будет.

Поскольку предметом исследования в Вашей курсовой работе является метод Гаусса без выбора главного элемента, то Вам, насколько я понимаю, необходимо рассмотреть метод Гаусса, в котором главные элементы отсутствуют, но присутствуют ведущие элементы. Без них матрицу к треугольному виду не привести…

Еще несколько цитат из второго учебника:
Страница 171: Метод Гаусса, произведенный с фиксированным порядком ведущих элементов, состоит в том, что данная система заменяется равносильной треугольной системой посредством линейного комбинирования уравнений <…>.

Страница 172: Компактная запись для схем метода Гаусса, отличных от схемы единственного деления, также связана с разложением матрицы в произведение двух треугольных, но с другим выбором диагональных элементов.

Страница 173: Заметим, что компактные схемы закрепляют порядок исключения <…>.
<…> Фиксировать можно не только диагональные элементы одной из матриц <…>, но и какие-либо другие, например, элементы, наиболее удаленные от главной ненулевой диагонали.


Значит, не только левый верхний элемент может быть ведущим (или, если угодно главным). Поскольку и здесь порядок исключения неизвестных заранее предписан, и выбор главного элемента не осуществляется, Вам необходимо рассмотреть это в курсовой работе.

Для Вас будет нелишним обратиться к руководителю курсовой работы, чтобы проверить правильность высказанных мной суждений. Ведь, как знать, я могу ошибаться…

С уважением.
5
Об авторе:
Facta loquuntur.
Форма ответа