数值分析(代码)-Picard迭代法、Newton迭代法

本文通过Picard迭代法及Newton迭代法展示了两种不同的数值求解过程。Picard迭代法在四次迭代后得到解x1=0.510973429388219;Newton迭代法在五次迭代后得到解x1=1.352044211500058。这些示例有助于理解不同迭代方法的效率与应用。

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Picard迭代法-习题2.5
代码:
Main.h:
clc;clear;format long;
tol=10^(-8);
x0=0.5;
x1=(cos(0.5)*x0-sin(x0)+1)/(1+cos(0.5));
k=1;
while abs(x1-x0) >=tol
x0=x1;
x1=(cos(0.5)*x0-sin(x0)+1)/(1+cos(0.5));
k=k+1;
end
k
x1

运行结果:
x1=0.510973429388219
k=4

Newton迭代法-习题2.6
代码:
Main.h:
clc;clear;format long;
newton_iteration(1,10^(-8));
newton_iteration.m:
function x=newton_iteration(x0,tol)
x1=x0-f(x0)/f1(x0);k=1;
while abs(x1-x0) >=tol
x0=x1; x1=x0-f(x0)/f1(x0);k=k+1;
end
x1
k
f.m:
function f=f(x)
f=2sin(x+pi/3)-x;
end
f1.m:
function f=f(x)
f=2
sin(x+pi/3)-x;
end

运行结果:
x1= 1.352044211500058
k=5

### 回答1: Picard迭代法是一种数值计算方法,用于求解常微分方程的数值解。它基于递归迭代的思想,通过不断更新初值来逼近方程的解。 在MATLAB中,我们可以使用以下代码实现Picard迭代法: ``` function [t, y] = picard_iteration(f, tspan, y0, N) h = (tspan(2) - tspan(1)) / N; % 计算步长 t = tspan(1):h:tspan(2); % 定义时间步长 y = zeros(1, length(t)); % 初始化解向量 y(1) = y0; % 设置初始条件 % 迭代求解 for i = 2:length(t) y(i) = y(i-1) + h * f(t(i-1), y(i-1)); % 使用递推公式计算更新后的值 end end ``` 在上述代码中,`f`代表微分方程的右侧函数,`tspan`是时间区间,`y0`是初始条件,`N`是迭代次数。函数内部首先计算步长`h`,然后定义时间步长`t`和解向量`y`。接下来使用for循环对每个时间步长进行迭代计算,使用递推公式`y = y(i-1) + h * f(t(i-1), y(i-1))`更新解向量中元素的值。 使用上述代码,可以求解给定微分方程的数值解。调用`picard_iteration`函数并传入相应的参数,即可得到解向量`t`和`y`,分别表示时间和对应的解值。 需要注意的是,Picard迭代法并不适用于所有类型的微分方程,其收敛性取决于方程的特性和初始条件的选择。因此,在使用Picard迭代法求解微分方程时,需要进行适当的验证和调整。 ### 回答2: Picard迭代法是一种数值迭代方法,用于求解非线性方程。在Matlab中,可以使用以下代码实现Picard迭代法: ```matlab function x = picardIteration(f, x0, tol, maxIter) % f为非线性方程的函数句柄 % x0为迭代初始值 % tol为迭代终止的误差容限 % maxIter为最大迭代次数 x = x0; iter = 0; error = tol + 1; while error > tol && iter < maxIter x_prev = x; x = f(x_prev); error = abs(x - x_prev); iter = iter + 1; end if iter == maxIter disp('迭代次数已达到最大值,可能未收敛。'); else disp(['迭代次数:', num2str(iter)]); disp(['近似解:', num2str(x)]); end end ``` 需要注意的是,上述代码中的`f`为非线性方程的函数句柄,即通过定义一个函数来表示非线性方程。例如,要解方程`x = exp(-x)`,可以定义一个函数`f = @(x) exp(-x)`,然后调用`picardIteration(f, x0, tol, maxIter)`来进行迭代求解。 在使用时,需要提供迭代的初始值`x0`、误差容限`tol`和最大迭代次数`maxIter`。函数会返回近似解`x`,并输出迭代次数和近似解。 使用该代码,可以很方便地求解非线性方程,但需要注意选择合适的初始值和收敛性条件,以确保迭代的收敛性和精度。 ### 回答3: Picard迭代法是数值计算中的一种迭代方法,用于求解非线性方程组或者非线性方程的数值解。在Matlab中,可以通过编写相应的代码实现Picard迭代法。 首先,我们需要定义一个函数来表示待求解的非线性方程或者方程组。假设我们要求解的方程为f(x)=0,其中x是未知变量。我们可以通过以下方式在Matlab中定义这个函数: ```matlab function y = f(x) % 这里编写方程f(x)的表达式 y = ... end ``` 接下来,我们可以编写Picard迭代法的主体部分代码。迭代公式为x(k+1) = g(x(k)),其中g(x)是一个适当的函数。我们可以通过以下方式在Matlab中实现这个迭代过程: ```matlab % 设置初始值x0 x0 = ... % 设置迭代次数 N = ... % 迭代过程 x = x0; for k = 1:N % 调用函数f计算f(x(k)) fx = f(x); % 更新x(k+1) = g(x(k)) x = g(x, fx); % 打印输出每次迭代的结果 fprintf('k=%d, x=%.6f\n', k, x); end ``` 在上面的代码中,我们需要自己编写函数g(x)来定义迭代公式x(k+1) = g(x(k))。根据具体的问题,可以采用不同的迭代函数。 最后,我们可以通过设置合适的初始值x0和迭代次数N来运行Picard迭代法,并输出每次迭代的结果。 需要注意的是,Picard迭代法并不适用于所有的非线性方程或方程组,只适用于一些特定情况。在使用时需要确保方程满足一些收敛条件,并进行适当的调试和验证。
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