应用数值分析

结合MATLAB环境,实现所讲的数值分析方法,以实际案例问题为驱动，引入处理数学问题的数值方法,强化数学建模能力的培养

肖光强，技术6级副教授。多年立足教学一线，承担多门研究生课程教学，深研教学艺术，曾多次获得院校级及军队级教学成果奖；主持或主研教科研项目、课程建设项目10余项；发表教研科研论文20余篇；主编及参编多部教材。目前主要从事很优化理论与应用方向的研究及应用数学教学工作。

第1章绪论1
1.1算法1
1.1.1算法的表述形式1
1.1.2算法的基本特点1
1.2误差4
1.2.1误差的来源4
1.2.2误差的基本概念4
1.2.3误差的分析方法5
1.3数值计算时应注意的问题6
1.3.1避免相近数作减法运算6
1.3.2避免分式中分母的绝对值远小于分子的绝对值6
1.3.3防止大数“吃掉”小数6
1.3.4简化计算量7
1.3.5病态问题和算法的稳定性7
1.4小结8
1.5习题9
1.6数值实验题9
第2章MATLAB软件与数值计算11
2.1MATLAB的进入与运行方式11
2.1.1MATLAB的进入与界面11
2.1.2MATLAB的运行方式12
2.2变量与函数12
2.2.1变量12
2.2.2基本运算与函数13
2.2.3函数15
2.2.4函数的递归调用16
2.3矩阵与数组16
2.3.1数组17
2.3.2矩阵19
2.3.3常用的矩阵函数21
2.4MATLAB程序设计23
2.4.1关系和逻辑运算23
2.4.2控制流24
2.5MATLAB的绘图功能27
2.5.1二维图形27
2.5.2三维图形28
2.6MATLAB中常用函数介绍30
2.7习题33目录目录
第3章线性方程组的直接解法34
3.1引言34
3.2高斯消元法34
3.2.1高斯消元法的基本思想34
3.2.2高斯消元法公式35
3.2.3高斯消元法的条件37
3.3高斯主元素法37
3.3.1列主元消元法38
3.3.2高斯全主元消元法40
3.4矩阵的LU分解40
3.4.1杜利特尔分解42
3.4.2克劳特分解44
3.5平方根法45
3.5.1矩阵的LDU分解45
3.5.2楚列斯基分解45
3.5.3平方根法和改进的平方根法46
3.6追赶法49
3.7范数与矩阵的条件数51
3.7.1范数51
3.7.2矩阵的条件数与误差分析54
3.7.3线性方程组近似解可靠性的判别56
3.8小结57
3.9习题57
3.10数值实验题358
应用案例：生产计划的安排58
应用案例：运输定价问题59
第4章线性方程组的迭代解法61
4.1迭代法的一般形式61
4.2几种常用的迭代公式61
4.2.1雅可比方法62
4.2.2高斯—塞德尔迭代法64
4.2.3逐次超松弛法65
4.3迭代法的收敛条件67
4.4小结71
4.5习题72
4.6数值实验题73
应用案例：薄板的热传导74
第5章方阵特征值和特征向量75
5.1幂法与反幂法75
5.1.1幂法75
5.1.2改进的幂法77
5.1.3反幂法79
5.2雅可比方法81
5.2.1平面旋转矩阵82
5.2.2n阶实对称矩阵的对角化82
5.2.3经典的雅可比方法83
5.2.4雅可比过关法85
5.3豪斯霍尔德方法86
5.3.1豪斯霍尔德变换86
5.3.2用豪斯霍尔德矩阵作正交变换约化矩阵87
5.4QR方法94
5.4.1矩阵的正交三角分解94
5.4.2QR方法95
5.5小结100
5.6习题100
5.7数值实验题101
应用案例：弹簧—重物系统的频率计算101
第6章非线性方程（组）的求根103
6.1二分法103
6.2迭代法106
6.2.1迭代法的收敛性108
6.2.2收敛速度109
6.3常用的迭代方法110
6.3.1牛顿法110
6.3.2简化牛顿法112
6.3.3牛顿下山法113
6.3.4割线法114
6.4非线性方程组的求根116
6.4.1解非线性方程组的一般迭代法116
6.4.2解非线性方程组的高斯—塞德尔迭代法117
6.4.3解非线性方程组的牛顿法118
6.5小结120
6.6习题121
6.7数值实验题122
应用案例：空中电缆长度的计算122
第7章插值法123
7.1插值问题123
7.1.1插值的基本概念123
7.1.2插值多项式的存在专享性124
7.2拉格朗日插值124
7.2.1拉格朗日插值多项式124
7.2.2插值余项125
7.3牛顿插值128
7.3.1差商及其性质128
7.3.2牛顿插值多项式129
7.4埃尔米特插值134
7.5分段插值139
7.5.1龙格振荡现象139
7.5.2插值多项式数值计算的稳定性140
7.5.3分段线性插值140
7.5.4分段三次埃尔米特插值141
7.6样条插值143
7.6.1样条插值的基本概念144
7.6.2三弯矩插值法144
7.6.3三转角插值法147
7.7小结151
7.8习题152
7.9数值实验题152
应用案例：黄河小浪底调水调沙问题(一)153
第8章函数逼近与曲线拟合156
8.1逼近的概念156
8.2很好一致逼近158
8.2.1一致逼近多项式的存在性158
8.2.2切比雪夫定理158
8.2.3很好一次逼近多项式161
8.3很好平方逼近161
8.3.1函数的很好平方逼近161
8.3.2很好平方逼近多项式162
8.3.3以正交函数族作很好平方逼近165
8.4正交多项式及性质166
8.4.1正交多项式166
8.4.2正交多项式的性质167
8.4.3常见的正交多项式168
8.4.4用正交多项式作很好平方逼近169
8.5数据拟合与最小二乘法170
8.5.1问题的提出170
8.5.2一元函数的最小二乘法170
8.5.3多元函数的最小二乘法172
8.6多项式拟合172
8.6.1多项式的数据拟合172
8.6.2最小二乘法求法方程存在的问题177
8.6.3正交多项式的数据拟合177
8.7小结179
8.8习题180
8.9数值实验题180
应用案例：黄河小浪底调水调沙问题(二)181
第9章数值积分与数值微分184
9.1数值积分概述184
9.1.1数值积分的基本思想184
9.1.2代数精度185
9.1.3插值型求积公式186
9.1.4求积公式的余项187
9.1.5求积公式的收敛性与稳定性188
9.2牛顿—柯特斯求积公式188
9.2.1牛顿—柯特斯公式188
9.2.2牛顿—柯特斯公式的代数精度190
9.3复化求积法191
9.3.1复化梯形公式191
9.3.2复化辛普森公式192
9.4龙贝格加速收敛法194
9.4.1理查森外推法194
9.4.2龙贝格求积公式196
9.5高斯求积公式198
9.5.1高斯求积公式及其性质199
9.5.2常见的高斯求积公式201
9.6数值微分206
9.6.1中点方法与误差分析206
9.6.2插值型的求导公式207
9.6.3数值微分的外推算法210
9.7小结211
9.8习题211
9.9数值实验题212
第10章常微分方程数值解法213
10.1基本概念213
10.1.1常微分方程初值问题的一般提法213
10.1.2初值问题数值解基本概念215
10.2欧拉法216
10.2.1欧拉法的一般形式216
10.2.2欧拉法的几何意义217
10.2.3欧拉法的改进217
10.3龙格—库塔法220
10.3.1龙格—库塔法的一般形式220
10.3.2常用的低阶龙格—库塔法221
10.3.3步长的选取224
10.4收敛性和稳定性225
10.4.1收敛性225
10.4.2稳定性225
10.5线性多步法227
10.5.1线性多步法的一般公式227
10.5.2亚当斯方法228
10.6一阶微分方程组和高阶微分方程231
10.6.1一阶线性微分方程组231
10.6.2高阶微分方程233
10.7小结234
10.8习题235
10.9数值实验题236
应用案例：放射性废物的处理236
应用案例：重装空投问题239
参考文献241