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简介
《数值分析(第2版)》共分10章,分别介绍了数值分析中常用的数值方法和建立数值方法的基本原理。第1章绪论部分介绍了数值分析的研究对象与特点,误差的来源、分类及度量,误差稳定性分析与防止误差的原则。第2~5章为数值代数的基本内容。第2章介绍了线性方程组的直接法,主要包括高斯消去法、高斯列主元消去法、高斯一若当消去法、直接三角分解法及特殊线性方程组的直接三角分解法等;第3章介绍了线性方程组的迭代法,主要包括向量与矩阵范数、线性方程组的误差分析、三种常见的简单迭代法(雅克比迭代法、高斯一赛德尔迭代法、超松弛迭代法)、共轭梯度法及预处理共轭梯度法等;第4章介绍了非线性方程与方程组的数值解法,主要包括非线性方程的迭代法及其收敛性与收敛阶、牛顿法及其变形、非线性方程组的牛顿法及拟牛顿法等;第5章介绍了矩阵特征值问题计算,主要包括幂法与反幂法、Jacobi方法、QR方法等。第6~8章为数值逼近的基本内容。第6章介绍了函数的插值法,主要包括拉格朗日插值,差商型、差分型牛顿插值,埃尔米特插值,三次样条插值等;第7章介绍了最佳平方逼近及最小二乘法,主要包括连续函数的最佳平方逼近、离散函数的最小二乘法等;第8章介绍了数值积分与数值微分,主要包括插值型求积公式、等距节点的求积公式、龙贝格算法、高斯求积公式、重积分的计算公式、数值微分公式等。第9、10章为常微分方程数值解法的基本内容。第9章介绍了常微分方程初值问题的数值解法,主要包括欧拉法、改进欧拉法、四阶龙格一库塔法、线性多步法、一阶方程组与高阶方程的数值解法等;第10章介绍了常微分方程边值问题的数值解法,主要包括求解二阶常微分方程第一边值问题的打靶法、有限差分法及多重网格法等。
目录
第1章 绪论/1
1.1 数值分析的概念与特点/1
1.1.1 数值分析的概念/1
1.1.2 数值分析的特点/1
1.2 误差/2
1.2.1 误差来源与分类/2
1.2.2 误差的度量/2
1.3 数值稳定性与避免误差危害/3
1.3.1 算法的数值稳定性/3
1.3.2 避免误差危害的原则/5
习题1/6
第2章 解线性方程组的直接法/7
2.1 高斯消去法/7
2.1.1 上三角形方程组求解/7
2.1.2 高斯消去法的基本思想/8
2.1.3 解n阶线性方程组的高斯消去法/8
2.1.4 矩阵的三角分解/10
2.1.5 高斯消去法的计算量/11
2.2 高斯主元素消去法/12
2.2.1 高斯列主元消去法/13
2.2.2 高斯-若当消去法/13
2.3 高斯消去法的变形/15
2.3.1 直接三角分解法/15
2.3.2 特殊矩阵的直接三角分解/18
2.3.3 列主元三角分解法/23
本章典型方法的C语言程序/25
习题2/27
第3章 解线性方程组的迭代法/29
3.1 向量和矩阵的范数/29
3.1.1 向量的数量积及其性质/29
3.1.2 向量范数/30
3.1.3 矩阵范数/31
3.1.4 线性方程组的摄动分析/33
3.2 简单迭代法/34
3.2.1 迭代法的基本思想/34
3.2.2 简单迭代法的构造及相关概念/35
3.2.3 三种常见的简单迭代法/35
3.3 简单迭代法的收敛性/41
3.3.1 迭代法收敛的基本定理/41
3.3.2 迭代法收敛的误差估计/42
3.3.3 三种常见的简单迭代法的简单判别方法/43
3.4 共轭梯度法/46
3.4.1 与线性方程组等价的变分问题/46
3.4.2 最速下降法/47
3.4.3 共轭梯度法/49
3.4.4 预处理共轭梯度法/52
本章典型方法的C语言程序/53
习题3/55
第4章 非线性方程(组)的数值解法/58
4.1 引言/58
4.2 二分法/59
4.3 迭代法/60
4.3.1 迭代格式的构造/60
4.3.2 迭代法的几何解释/60
4.3.3 计算步骤/60
4.3.4 收敛性与误差估计/61
4.3.5 局部收敛性/63
4.3.6 迭代法的收敛阶/63
4.3.7 迭代收敛的加速方法/64
4.4 牛顿迭代法/66
4.4.1 一般牛顿法/66
4.4.2 牛顿法的变形/68
4.5 解非线性方程组的牛顿迭代法/71
4.5.1 Newton法/71
4.5.2 拟Newton法/72
本章典型方法的C语言程序/73
习题4/75
第5章 矩阵特征值问题/77
5.1 幂法与反幂法/77
5.1.1 幂法/78
5.1.2 反幂法/81
5.2 计算实对称矩阵特征值的雅可比方法/82
5.3 QR方法简介/86
5.3.1 矩阵A的QR分解/86
5.3.2 QR方法/87
本章典型方法的C语言程序/87
习题5/90
第6章 插值法/91
6.1 问题的提出/91
6.1.1 插值函数的概念/91
6.1.2 插值多项式的存在唯一性/92
6.2 拉格朗日插值多项式/92
6.2.1 线性插值和抛物插值/93
6.2.2 拉格朗日插值多项式/95
6.2.3 插值余项/96
6.3 差商、差分及牛顿插值公式/99
6.3.1 差商及牛顿插值公式/99
6.3.2 差分及等距节点牛顿插值公式/101
6.4 埃尔米特插值/104
6.5 分段低次插值/106
6.5.1 高次插值的误差分析/106
6.5.2 分段低次插值/107
6.6 三次样条插值/109
6.6.1 三次样条插值函数/109
6.6.2 三弯矩方法/110
本章典型方法的C语言程序/112
习题6/114
第7章 最佳平方逼近及最小二乘法/116
7.1 函数的内积与正交多项式/116
7.1.1 函数的内积及其性质/116
7.1.2 正交多项式/117
7.1.3 勒让德多项式/118
7.2 最佳平方逼近多项式/118
7.2.1 基本概念及其计算/118
7.2.2 用勒让德多项式作最佳平方逼近/120
7.3 最小二乘法/121
7.3.1 最小二乘问题/121
7.3.2 用最小二乘法求数据的拟合曲线/122
7.3.3 用正交多项式作最小二乘拟合/125
7.3.4 利用最小二乘方法解超定方程组/126
本章典型方法的C语言程序/128
习题7/130
第8章 数值积分与数值微分/131
8.1 数值积分问题的提出/131
8.1.1 插值型求积公式/131
8.1.2 插值型求积公式的截断误差与代数精度的概念/132
8.2 等距节点的求积公式/133
8.2.1 柯特斯系数/133
8.2.2 几种低阶牛顿-柯特斯公式的截断误差/135
8.2.3 复化求积公式与截断误差/136
8.3 变步长求积算法/138
8.3.1 变步长梯形求积算法/138
8.3.2 龙贝格算法/138
8.4 高斯求积公式/141
8.4.1 一般理论/141
8.4.2 高斯一勒让德求积公式/143
8.5 重积分的近似计算/145
8.6 数值微分/147
8.6.1 数值微分问题的提出/147
8.6.2 插值型求导公式及截断误差/148
本章典型方法的C语言程序/149
习题8/151
第9章 常微分方程初值问题的数值解法/153
9.1 问题的提出/153
9.2 欧拉方法/154
9.2.1 欧拉公式/154
9.2.2 后退欧拉公式/155
9.2.3 改进欧拉公式/156
9.2.4 欧拉两步公式/158
9.3 龙格-库塔方法/160
9.3.1 龙格-库塔方法的基本思想/160
9.3.2 二阶龙格-库塔公式/160
9.3.3 高阶龙格-库塔公式/161
9.3.4 变步长的龙格-库塔方法/163
9.4 线性多步法/164
9.4.1 基于数值积分的构造方法/164
9.4.2 阿当姆斯内插公式/165
9.4.3 阿当姆斯外推公式及其阿当姆斯预测-校正系统/166
9.5 一阶方程组与高阶方程/168
9.5.1 一阶方程组/168
9.5.2 化高阶方程为一阶方程组/169
本章典型方法的C语言程序/171
习题9/172
第10章 常微分方程边值问题的数值解法/174
10.1 打靶法/174
10.2 有限差分法/175
10.2.1 解二阶线性常微分方程第一边值问题的差分方法/176
10.2.2 解二阶非线性常微分方程第一边值问题的差分方法/177
10.3 多重网格法/177
10.3.1 二重网格法/177
10.3.2 多重网格法/179
本章典型方法的C语言程序/180
习题10/182
参考答案与提示/183
习题1/183
习题2/183
习题3/183
习题4/184
习题5/184
习题6/185
习题7/186
习题8/186
习题9/187
习题10/189
参考文献/190
1.1 数值分析的概念与特点/1
1.1.1 数值分析的概念/1
1.1.2 数值分析的特点/1
1.2 误差/2
1.2.1 误差来源与分类/2
1.2.2 误差的度量/2
1.3 数值稳定性与避免误差危害/3
1.3.1 算法的数值稳定性/3
1.3.2 避免误差危害的原则/5
习题1/6
第2章 解线性方程组的直接法/7
2.1 高斯消去法/7
2.1.1 上三角形方程组求解/7
2.1.2 高斯消去法的基本思想/8
2.1.3 解n阶线性方程组的高斯消去法/8
2.1.4 矩阵的三角分解/10
2.1.5 高斯消去法的计算量/11
2.2 高斯主元素消去法/12
2.2.1 高斯列主元消去法/13
2.2.2 高斯-若当消去法/13
2.3 高斯消去法的变形/15
2.3.1 直接三角分解法/15
2.3.2 特殊矩阵的直接三角分解/18
2.3.3 列主元三角分解法/23
本章典型方法的C语言程序/25
习题2/27
第3章 解线性方程组的迭代法/29
3.1 向量和矩阵的范数/29
3.1.1 向量的数量积及其性质/29
3.1.2 向量范数/30
3.1.3 矩阵范数/31
3.1.4 线性方程组的摄动分析/33
3.2 简单迭代法/34
3.2.1 迭代法的基本思想/34
3.2.2 简单迭代法的构造及相关概念/35
3.2.3 三种常见的简单迭代法/35
3.3 简单迭代法的收敛性/41
3.3.1 迭代法收敛的基本定理/41
3.3.2 迭代法收敛的误差估计/42
3.3.3 三种常见的简单迭代法的简单判别方法/43
3.4 共轭梯度法/46
3.4.1 与线性方程组等价的变分问题/46
3.4.2 最速下降法/47
3.4.3 共轭梯度法/49
3.4.4 预处理共轭梯度法/52
本章典型方法的C语言程序/53
习题3/55
第4章 非线性方程(组)的数值解法/58
4.1 引言/58
4.2 二分法/59
4.3 迭代法/60
4.3.1 迭代格式的构造/60
4.3.2 迭代法的几何解释/60
4.3.3 计算步骤/60
4.3.4 收敛性与误差估计/61
4.3.5 局部收敛性/63
4.3.6 迭代法的收敛阶/63
4.3.7 迭代收敛的加速方法/64
4.4 牛顿迭代法/66
4.4.1 一般牛顿法/66
4.4.2 牛顿法的变形/68
4.5 解非线性方程组的牛顿迭代法/71
4.5.1 Newton法/71
4.5.2 拟Newton法/72
本章典型方法的C语言程序/73
习题4/75
第5章 矩阵特征值问题/77
5.1 幂法与反幂法/77
5.1.1 幂法/78
5.1.2 反幂法/81
5.2 计算实对称矩阵特征值的雅可比方法/82
5.3 QR方法简介/86
5.3.1 矩阵A的QR分解/86
5.3.2 QR方法/87
本章典型方法的C语言程序/87
习题5/90
第6章 插值法/91
6.1 问题的提出/91
6.1.1 插值函数的概念/91
6.1.2 插值多项式的存在唯一性/92
6.2 拉格朗日插值多项式/92
6.2.1 线性插值和抛物插值/93
6.2.2 拉格朗日插值多项式/95
6.2.3 插值余项/96
6.3 差商、差分及牛顿插值公式/99
6.3.1 差商及牛顿插值公式/99
6.3.2 差分及等距节点牛顿插值公式/101
6.4 埃尔米特插值/104
6.5 分段低次插值/106
6.5.1 高次插值的误差分析/106
6.5.2 分段低次插值/107
6.6 三次样条插值/109
6.6.1 三次样条插值函数/109
6.6.2 三弯矩方法/110
本章典型方法的C语言程序/112
习题6/114
第7章 最佳平方逼近及最小二乘法/116
7.1 函数的内积与正交多项式/116
7.1.1 函数的内积及其性质/116
7.1.2 正交多项式/117
7.1.3 勒让德多项式/118
7.2 最佳平方逼近多项式/118
7.2.1 基本概念及其计算/118
7.2.2 用勒让德多项式作最佳平方逼近/120
7.3 最小二乘法/121
7.3.1 最小二乘问题/121
7.3.2 用最小二乘法求数据的拟合曲线/122
7.3.3 用正交多项式作最小二乘拟合/125
7.3.4 利用最小二乘方法解超定方程组/126
本章典型方法的C语言程序/128
习题7/130
第8章 数值积分与数值微分/131
8.1 数值积分问题的提出/131
8.1.1 插值型求积公式/131
8.1.2 插值型求积公式的截断误差与代数精度的概念/132
8.2 等距节点的求积公式/133
8.2.1 柯特斯系数/133
8.2.2 几种低阶牛顿-柯特斯公式的截断误差/135
8.2.3 复化求积公式与截断误差/136
8.3 变步长求积算法/138
8.3.1 变步长梯形求积算法/138
8.3.2 龙贝格算法/138
8.4 高斯求积公式/141
8.4.1 一般理论/141
8.4.2 高斯一勒让德求积公式/143
8.5 重积分的近似计算/145
8.6 数值微分/147
8.6.1 数值微分问题的提出/147
8.6.2 插值型求导公式及截断误差/148
本章典型方法的C语言程序/149
习题8/151
第9章 常微分方程初值问题的数值解法/153
9.1 问题的提出/153
9.2 欧拉方法/154
9.2.1 欧拉公式/154
9.2.2 后退欧拉公式/155
9.2.3 改进欧拉公式/156
9.2.4 欧拉两步公式/158
9.3 龙格-库塔方法/160
9.3.1 龙格-库塔方法的基本思想/160
9.3.2 二阶龙格-库塔公式/160
9.3.3 高阶龙格-库塔公式/161
9.3.4 变步长的龙格-库塔方法/163
9.4 线性多步法/164
9.4.1 基于数值积分的构造方法/164
9.4.2 阿当姆斯内插公式/165
9.4.3 阿当姆斯外推公式及其阿当姆斯预测-校正系统/166
9.5 一阶方程组与高阶方程/168
9.5.1 一阶方程组/168
9.5.2 化高阶方程为一阶方程组/169
本章典型方法的C语言程序/171
习题9/172
第10章 常微分方程边值问题的数值解法/174
10.1 打靶法/174
10.2 有限差分法/175
10.2.1 解二阶线性常微分方程第一边值问题的差分方法/176
10.2.2 解二阶非线性常微分方程第一边值问题的差分方法/177
10.3 多重网格法/177
10.3.1 二重网格法/177
10.3.2 多重网格法/179
本章典型方法的C语言程序/180
习题10/182
参考答案与提示/183
习题1/183
习题2/183
习题3/183
习题4/184
习题5/184
习题6/185
习题7/186
习题8/186
习题9/187
习题10/189
参考文献/190
Numerical analysis
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