使用LU分解求解线性方程组

有如下方程组

,当矩阵 A 各列向量互不相关时, 方程组有位移解,可以使用消元法求解,具体如下:

使用消元矩阵将 A 变成上三角矩阵

,

,

使用消元矩阵作用于向量 b,得到向量 c,

,

,

Ax=b 消元后变为

,即

, 由于

为上三角矩阵, 使用回带法即可求解方程组。

对矩阵

做如下运算

。在消元过程中,已知

,如何求解

呢?

表示将矩阵A的第二行乘以 1 再加上矩阵A的第三行得到矩阵B的第三行,矩阵B的第一二行于矩阵A的第一二行保持一致。根据语义,

表示将矩阵B的第二行乘以 -1 再加上矩阵B的第三行得到矩阵A的第三行,矩阵A的第一二行于矩阵B的第一二行保持一致。

,

,

通过以上观察,

仅需将对角线下元素相加即可得到,

,在矩阵消元过程中,对消元系数取反,然后放在相应的位置即构成了

,也就是 L 。同时,消元法记录下了 U,则有 Ux=c, b=Lc。

由于 L 为下三角矩阵,根据 Lc=b, 可求解 c;U 为上三角矩阵, 根据 Ux=c 可求解 x。

在消元过程中,如果遇到主元位置上为 0 情况时,需要使用行变换矩阵使消元过程得以继续,PAx=Pb,P为行变换矩阵,记录矩阵 L,U,P,可实现LU分解,过程如下:

有方程组

,对矩阵

进行LU分解:

1)

,

,

;

2)

,

,

;

3)由于

为 0,需要交换2,3行,则有:

,

,

,交换L矩阵中小于第二列下变换因子位置,即交换

与

元素位置;

4)由于 Lc=Pb, 可计算出 c:

,

;

5)由于 Ux=c,可计算出 x:

,

。

相关推荐
千里码aicood3 小时前
基于CART算法的图书分类系统设计与实现
数据库·算法·分类
做cv的小昊3 小时前
【World Model】π0.5:a Vision-Language-Action Model with Open-World Generalization
人工智能·算法·机器学习·大模型·多模态·vla·世界模型
لا معنى له4 小时前
World-In-World: World Models in a Closed-Loop World
算法
Discipline10296 小时前
尼泊尔河流流量:天气驱动的预测与高流量风险
人工智能·算法
XuCoder6 小时前
改一个数,右边全得重算,这题怎么扛住两万次查询
算法
小羊没烦恼!6 小时前
在Scrum中实施敏捷建模
java·开发语言·windows·算法·c#
weixin_307779136 小时前
基于睿擎工业开发平台的预训练视觉模型轻量化适配与低代码部署优化
开发语言·算法
hold?fish:palm7 小时前
45 二叉树的右视图
开发语言·c++·算法
粤鼎恒业8 小时前
惠州工厂电子料回收厂家推荐:从交接单反推筛选标准
大数据·数据库·算法·硬件架构·硬件工程·pcb工艺·材料工程