「学习笔记」牛顿迭代法

博客主要介绍了牛顿迭代法,它一般用于求函数的一个零点,包含随机猜值、求切线(导数)、更新值并重复等步骤,重复次数越多根越精确。此外,还阐述了其应用,除求函数零点外,还可用于求解如求平方根等问题。

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牛顿迭代法(NewtonsmethodNewton′smethod)一般用于求函数的一个零点。

牛顿迭代法

牛顿迭代法三个步骤:

  1. 随机 / 猜一个pp
  2. x=p时的切线,即求导数
  3. p=p=切线零点,返回步骤22,重复若干次.

即:xn+1=xnf(xn)f(xn)

重复得越多得到的根越精确,一般达到精度要求就可以停止.

例:求f(x)=x32x2+x1f(x)=x3−2x2+x−1的一个零点

首先求出导数f(x)=3x24x+1f′(x)=3x2−4x+1.然后就开始牛顿迭代.

#include <cstdio>
#include <cmath>

#define f(x) (x*x*x-2*x*x+x-1)
#define f1(x) (3*x*x-4*x+1)

int main() {
    double x = 111, nx;
    const double eps = 1e-6;
    while(true) {
        nx = x - f(x) / f1(x);
        if(fabs(nx - x) < eps) break;
        x = nx;
    }
    printf("%f\n", x);
    return 0;
}

牛顿迭代法的应用

应用:只能求函数零点

应用除了求函数零点外,还可以求解:

amam

方法:设b=amb=am,则a=bma=bm,转换成求f(b)=bmaf(b)=bm−a的零点

首先求导。f(b)=mbm1f′(b)=mbm−1

下面是求平方根的程序:

#include <cstdio>
#include <cmath>

#define f(b) (b*b-a)
#define f1(b) (2*b)

double Sqrt(double a) {
    double x = 111, nx;
    const double eps = 1e-6;
    while(true) {
        nx = x - f(x) / f1(x);
        if(fabs(nx - x) < eps) break;
        x = nx;
    }
    return x;
}

int main() {
    double x;
    scanf("%lf", &x);
    printf("%f\n", Sqrt(x));
    return 0;
}
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