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求解某些特殊稀疏线性系统的数值解法的任务书 题目:求解稀疏线性系统的数值解法 背景: 在大规模科学计算和工程计算领域,线性方程组是一个非常重要的问题。然而,当矩阵维数很大时,这些方程组通常是稀疏的。对于这些问题,传统的直接求解方法,如高斯消元方法,是不切实际的,因为它们需要存储矩阵中的所有元素,并且具有$O(n^3)$的计算复杂度。因此,研究稀疏线性系统的数值解法是非常必要的。 任务: 本文拟研究针对稀疏线性系统的数值解法,包括以下内容: 1.稀疏线性系统的概念及其数学模型 2.直接求解法:高斯消元法、矩阵分解法 3.迭代求解法:雅可比迭代法、高斯-赛德尔迭代法、共轭梯度法、GMRES法等 4.预处理技术:不完全LU分解、多重网格法等 5.稀疏矩阵存储格式:CRS格式、COO格式、ELL格式等 6.数值算例分析,比较各种方法的优缺点并给出适用范围。 7.结论和展望,对未来稀疏线性系统数值求解方法的发展提出建议和展望。 参考文献: [1]TimothyA.Davis,SparseMatrixComputations。(3rded.)JohnsHopkinsUniversityPress,2006. [2]GeorgeE.Forsythe,MichaelA.Malcolm,andCleveB.Moler,ComputerMethodsforMathematicalComputations,Prentice-Hall,1976. [3]GeneH.GolubandCharlesF.VanLoan,MatrixComputations。JohnHopkinsUniversityPress,1996. [4]LloydN.TrefethenandDavidBauIII的NumericalLinearAlgebra。SocietyforIndustrialandAppliedMathematics,1997. [5]YousefSaad,IterativeMethodsforSparseLinearSystems,(2ndEd.)SIAM,2003. [6]JohnR.Gilbert,CleveMoler,andRobertSchreiber.SparsematricesinMATLAB:designandimplementation.SIAMJournalonMatrixAnalysisandApplications13(1992)333-356. [7]X.S.Li,Z.H.Cao,J.Zhu,andJ.X.Gao.Acoarse-to-fineinversesolvingschemeforsymmetricpositivedefiniteToeplitzsystems.LinearAlgebraanditsApplications436(2012),1048-1060. [8]JorgeJ.MoréandDannyC.Sorensen.Computingatrustregionstep.SIAMJournalonScientificandStatisticalComputing4(1983)553-572.