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

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
张张努力变强14 分钟前
C++ STL string 类:常用接口 + auto + 范围 for全攻略,字符串操作效率拉满
开发语言·数据结构·c++·算法·stl
万岳科技系统开发14 分钟前
食堂采购系统源码库存扣减算法与并发控制实现详解
java·前端·数据库·算法
池央18 分钟前
ops-nn 算子库中的数据布局与混合精度策略:卷积、矩阵乘法与 RNN 的优化实践
rnn·线性代数·矩阵
张登杰踩20 分钟前
MCR ALS 多元曲线分辨算法详解
算法
YuTaoShao29 分钟前
【LeetCode 每日一题】3634. 使数组平衡的最少移除数目——(解法一)排序+滑动窗口
算法·leetcode·排序算法
波波00736 分钟前
每日一题:.NET 的 GC是如何分代工作的?
算法·.net·gc
风暴之零1 小时前
变点检测算法PELT
算法
深鱼~1 小时前
视觉算法性能翻倍:ops-cv经典算子的昇腾适配指南
算法·cann
李斯啦果1 小时前
【PTA】L1-019 谁先倒
数据结构·算法
梵刹古音1 小时前
【C语言】 指针基础与定义
c语言·开发语言·算法