python实现高斯(Gauss)迭代自动计算

本文介绍了如何在Python中优化高斯(Gauss)迭代法的实现,通过改进原代码,提升数据输出的形式。详细展示了优化后的运算结果。

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### Python 实现 Gauss-Seidel 迭代Gauss-Seidel 迭代法是一种用于求解线性方程组的有效算法,在每次迭代过程中利用已经计算出来的最新分量值。这种方法相较于 Jacobi 方法更高效,因为其能够即时使用最新的估计值。 下面是基于给定资料构建的一个简单的 Python 函数 `gauss_seidel` 来执行该过程: ```python import numpy as np def gauss_seidel(A, b, max_iterations=25, tolerance=1e-10): n = len(b) x = np.zeros_like(b) for iteration in range(max_iterations): x_new = np.copy(x) for i in range(n): s1 = np.dot(A[i, :i], x_new[:i]) s2 = np.dot(A[i, i + 1:], x[i + 1:]) x_new[i] = (b[i] - s1 - s2) / A[i, i] if np.allclose(x, x_new, rtol=tolerance): break x = x_new return x_new ``` 此代码定义了一个名为 `gauss_seidel` 的函数接收矩阵 \(A\) 和向量 \(\textbf{b}\),以及最大迭代次数和容差作为参数[^2]。初始化未知数数组 `x` 并设置为零矢量。进入循环后,创建一个新的副本 `x_new` 存储当前迭代的结果;内部第二个循环遍历每一个变量索引位置 `i` 计算新的估值,并立即应用这些新值到 `x_new` 中去。如果两次连续的解之间的差异小于指定的容忍度,则停止迭代并返回最终结果。 为了验证这个实现的效果,考虑如下测试案例: ```python if __name__ == "__main__": A = np.array([[4., 3., 0.], [3., 4., -1.], [0., -1., 4.]]) b = np.array([24., 30., 24.]) solution = gauss_seidel(A, b) print("Solution:", solution) ``` 这段程序会打印出所找到的近似解向量 `solution`,这应该接近实际解析解 `[3., 6., 7.]`。
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