【数学】高斯-约旦消元

前置知识


高斯-约旦消元

和高斯消元一样,高斯-约旦消元也是通过加减消元来化简方程。两者之间的不同在于,高斯-约旦消元会将系数矩阵消成形如 A ′ = a 1 , 1 ′ b 1 ′ a 2 , 2 ′ b 2 ′ ⋱ ⋮ a n , n ′ b n ′ A'=\begin{bmatrix}a_{1,1}'&&&&b_1'\\&a_{2,2}'&&&b_2'\\&&\ddots&&\vdots\\&&&a_{n,n}'&b_n'\end{bmatrix} A′= a1,1′a2,2′⋱an,n′b1′b2′⋮bn′ 的形式。

一般来说, a i , i ′ = 1 a_{i,i}'=1 ai,i′=1,此时 x i = b i ′ x_i=b_i' xi=bi′ 即为一组解。

特殊情况下, a i , i ′ = 0 a_{i,i}'=0 ai,i′=0,那么解的情况也很好确定,先判无解,再判多解,不多做赘述。

接下来简述高斯-约旦消元的过程。

首先我们利用 ( 1 ) (1) (1) 式进行消元,先通过除以 a 1 , 1 a_{1,1} a1,1 将 a 1 , 1 a_{1,1} a1,1 化为 1 1 1,其他和基本高斯消元相同。

接着对于 ( 2 ) (2) (2) 式,同样先将 a 2 , 2 a_{2,2} a2,2 化为 1 1 1,此时 a 1 , 0 = 0 a_{1,0}=0 a1,0=0,对 ( 1 ) (1) (1) 式的 a 1 , 1 a_{1,1} a1,1 没有影响,故可同理对 ( 1 ) (1) (1) 式消元。

同理,消元后必得如上系数矩阵。


优化

同理,交换至最大再消元。


算法参数

  • 时间复杂度: O ( n 3 ) O(n^3) O(n3)
  • 空间复杂度: O ( n 2 ) O(n^2) O(n2)

实现代码

cpp 复制代码
#include<bits/stdc++.h>
using namespace std;
const long double eps=1e-10;
int n,cur=1;
long double a[110][110];
int main(){
	cin>>n;
	for (int i=1;i<=n;i++) for (int j=1;j<=n+1;j++) cin>>a[i][j];
	for (int i=1;i<=n;i++){
        int idx=cur;
        for (int j=cur;j<=n;j++) if (fabs(a[j][i])>fabs(a[idx][i])) idx=j;
        if (fabs(a[idx][i])>eps) swap(a[cur],a[idx]);
        else continue;
        for (int j=n+1;j>=i;j--) a[cur][j]/=a[cur][i];
        for (int j=1;j<=n;j++) if (j!=cur) for (int k=n+1;k>=i;k--) a[j][k]-=a[j][i]*a[cur][k];
        cur++;
    }
	for (int i=cur;i<=n;i++) if (fabs(a[i][n+1])>eps){cout<<"No solutions";return 0;}
	for (int i=1;i<=n;i++) if (fabs(a[i][i])<eps){cout<<"Many solutions";return 0;}
	for (int i=1;i<=n;i++) printf("x%d=%.10Lf\n",i,a[i][n+1]/a[i][i]);
	return 0;
}

练习

相关推荐
Tairitsu_H36 分钟前
[C++] 拷贝构造还是赋值重载?类默认成员函数细节详解
开发语言·c++·类和对象
汉克老师2 小时前
GESP2026年9月认证C++四级( 第一部分选择题(1~7题)精讲
c++·gesp·小学生·学c++编程
geats人山人海2 小时前
现代c++第二章 字符串
c++
idealzouhu2 小时前
现代 CMake 依赖管理详解:从构建树、Target 封装到 find_package 工作原理
c++·cmake
四代水门3 小时前
游戏客户端——算法题
c++
Xia__Quan3 小时前
centos 共享文件夹
c++
hi_ro_a4 小时前
基于正倒排索引的boost搜索引擎
linux·c++·搜索引擎·项目
神仙别闹4 小时前
基于 C++ MFC 实现的个人通讯录管理系统
c++
GG-_-Bond4 小时前
9.1kv存储持久化模拟面试
linux·c语言·数据结构·c++
郝学胜-神的一滴5 小时前
C++20模板元编程 04:变量模板 别名模板与模板Lambda实战
服务器·开发语言·数据结构·c++·程序人生