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数值分析
  • 【作者】:韩旭里
  • 【出版时间】:2006-02
  • 【字 数】:284(千字)
  • 【定 价】:¥20(元)
  • 【出 版 社】:中南大学出版社
  • 【ISBN】:7-81061-608-0/O·032
  • 【页 码】:231(页)
  • 【开 本】:16开
本书内容是现代科学计算中常用的数值计算方法及其理论,包括插值和拟合、数值积分和数值微分、线性方程组的直接解法和迭代解法、非线性方程和方程组的数值解法、矩阵特征值问题的数值解法和常微分方程的数值解法。每章都有实际问题的引入、算法程序文件、练习题和数值试验题。本书注重内容的实用性、基本思想的阐述、数值计算方法的应用能力。内容取材精炼,叙述清晰,系统性强,数值计算的例子较多。各章分别给出了若干算法的Matlab函数文件(作为算法描述和方法应用的补充)。本书可作为理工科专业研究生和数学专业大学生数值分析课程的教材或教学参考书,也可供从事科学与工程计算的科技人员学习参考。
第1章 绪论1
1.1 数值分析的研究对象和特点,1
1.2 数值计算的误差,2
1.2.1 误差的来源,2
1.2.2 误差与有效数字,2
1.2.3 函数求值的误差估计,4
1.2.4 计算机中数的表示和舍入误差,5
1.3 数值稳定性和要注意的若干原则,6
1.3.1 数值方法的稳定性,6
1.3.2 避免有效数字的损失,7
1.3.3 减少运算次数,8
1.4 向量和矩阵的范数,9
1.4.1 向量的范数,9
1.4.2 矩阵的范数,11
1.5 Matlab使用简介,14
1.5.1 Matlab系统的常用概念,15
1.5.2 Matlab语言语法要点,16
1.5.3 简单程序设计,18
评注,21
习题1,22
数值试验题1,24
第2章 插值和拟合25
2.1 多项式插值,25
2.1.1 Lagrange插值多项式,26
2.1.2 均差和Newton插值多项式,28
2.1.3 差分和等距节点插值公式,31
2.1.4 Hermite插值多项式,35
2.2 分段低次插值,37
2.2.1 多项式插值的问题,37
2.2.2 分段线性插值,37
2.2.3 分段三次Hermite插值,39
2.3 三次样条插值,40
2.3.1 三次样条插值函数的概念,40
2.3.2 三弯矩算法,41
2.3.3 三转角算法,44
2.3.4 三次样条插值函数的误差估计,46
2.4 正交多项式和最佳平方逼近,46
2.4.1 离散点集上的正交多项式,46
2.4.2 连续区间上的正交多项式,47
2.4.3 连续函数的最佳平方逼近,49
2.5 离散数据的曲线拟合,52
2.5.1 最小二乘拟合,52
2.5.2 多项式拟合,53
2.5.3 正交多项式拟合,55
2.6 插值和拟合的若干Matlab函数文件,57
2.6.1 Lagrange插值多项式的Matlab函数文件,57
2.6.2 Newton插值多项式的Matlab函数文件,57
2.6.3 二次最小二乘拟合的Matlab函数文件,58
评注,59
习题2,60
数值试验题2,61
第3章 数值积分和数值微分63
3.1 Newton-Cotes求积公式,64
3.1.1 插值型求积法,64
3.1.2 Newton-Cotes求积公式,65
3.1.3 Newton-Cotes公式的误差分析,67
3.2 复化求积公式,69
3.2.1 复化梯形求积公式,69
3.2.2 复化Simpson求积公式,70
3.3 外推原理与Romberg求积法,72
3.3.1 外推原理,72
3.3.2 Romberg求积法,73
3.4 Gauss求积公式,75
3.4.1 Gauss求积公式的基本理论,75
3.4.2 常用Gauss求积公式,77
23.4.3 Gauss求积公式的余项与稳定性,79
3.5 数值微分,81
3.5.1 插值型求导公式,81
3.5.2 三次样条求导,83
3.5.3 数值微分的外推算法,83
3.6 数值积分的若干Matlab函数文件,84
3.6.1 复化梯形积分公式的Matlab函数文件,84
3.6.2 复化Simpson积分公式的Matlab函数文件,85
3.6.3 Romberg积分法的Matlab函数文件,85
评注,86
习题3,86
数值试验题3,88
第4章 线性方程组的直接解法89
4.1 Gauss消去法,90
4.1.1 Gauss消去法的计算过程,90
4.1.2 矩阵的三角分解,93
4.1.3 主元素消去法,95
4.1.4 Gauss-Jordan消去法,97
4.2 直接三角分解方法,99
4.2.1 一般矩阵的直接三角分解法,99
4.2.2 三对角方程组的追赶法,102
4.2.3 平方根法,105
4.3 方程组的性态与误差估计,107
4.3.1 矩阵的条件数,107
4.3.2 方程组解的误差估计,109
4.4 直接解法的若干Matlab函数文件,111
4.4.1 列选主元素消去法的Matlab函数文件,111
4.4.2 矩阵LU分解的Matlab函数文件,111
4.4.3 解三对角方程组的Matlab函数文件,113
评注,113
习题4,114
数值试验题4,116
第5章 线性方程组的迭代解法118
5.1 基本迭代方法,119
5.1.1 迭代公式的构造,1193
5.1.2 Jacobi迭代法和Guass-Seidel迭代法,119
5.2 迭代法的收敛性,121
5.2.1 一般迭代法的收敛性,121
5.2.2 Jacobi迭代法和Guass-Seidel迭代法的收敛性,125
5.3 超松弛迭代法,127
5.4 分块迭代法,130
5.5 迭代法的若干Matlab函数文件,131
5.5.1 Jacobi迭代法的Matlab函数文件,131
5.5.2 SOR法的Matlab函数文件,132
评注,133
习题5,133
数值试验题5,135
第6章 非线性方程和方程组的数值解法136
6.1 方程求根的二分法,137
6.2 一元方程的不动点迭代法,138
6.2.1 不动点迭代法及其收敛性,138
6.2.2 局部收敛性和加速收敛法,142
6.3 一元方程的常用迭代法,146
6.3.1 Newton迭代法,146
6.3.2 割线法与抛物线法,148
6.4 非线性方程组的数值解法,151
6.4.1 非线性方程组的不动点迭代法,151
6.4.2 非线性方程组的Newton法,155
6.4.3 非线性方程组的拟Newton法1576.5 方程求根的若干Matlab函数文件,160
6.5.1 二分法的Matlab函数文件,160
6.5.2 Newton迭代法的Matlab函数文件,160
6.5.3 割线法的Matlab函数文件,161
评注,162
习题6,162
数值试验题6,163
第7章 矩阵特征值问题的数值解法165
7.1 特征值问题的性质与估计,165
7.2 幂法和反幂法,167
7.2.1 幂法和加速方法,167
7.2.2 反幂法和原点位移,169
7.3 Jacobi方法,171
7.4 QR算法,175
7.4.1 化矩阵为Hessenberg形,175
7.4.2 QR算法及其收敛性,178
7.4.3 带原点位移的QR算法,182
7.5 特征值问题的若干Matlab函数文件,185
7.5.1 幂法的Matlab函数文件,185
7.5.2 反幂法的Matlab函数文件,185
7.5.3 QR算法的Matlab函数文件,185
评注,186
习题7,187
数值试验题7,188
第8章 常微分方程的数值解法190
8.1 Euler方法,190
8.1.1 Euler方法及其有关的方法,190
8.1.2 局部误差和方法的阶,193
8.2 Runge-Kutta方法,195
8.2.1 Runge-Kutta方法的基本思想,195
8.2.2 几类显式Runge-Kutta方法,196
8.3 单步法的收敛性和稳定性,199
8.3.1 单步法的收敛性,199
8.3.2 单步法的稳定性,200
8.4 线性多步法,202
8.4.1 基于数值积分的方法,203
8.4.2 基于Taylor展开的方法,205
8.4.3 预估-校正算法,208
8.5 一阶方程组的数值解法,211
8.5.1 一阶方程组和高阶方程,211
8.5.2 刚性方程组,212
8.6 边值问题的数值解法,214
8.6.1 打靶法,214
8.6.2 差分方法,217
8.7 常微分方程数值解的若干Matlab函数文件,220
8.7.1 Euler方法的Matlab函数文件,2205
8.7.2 经典Runge-Kutta法的Matlab函数文件,220
8.7.3 三阶Adams方法的Matlab函数文件,221
评注,222
习题8,222
数值试验题8,224
习题答案,226
参考文献,231

随着计算科学的迅速发展以及在其他科学技术问题中的广泛应用,继理论方法和实验方法之后,数值计算已成为科学研究的第三种基本手段。数值分析日益受到数学、计算机科学以及各种工程技术科学领域的专家和科技工作者的重视。数值分析课程已经成为高等学校理工科专业的一门重要基础课程。

本书是作者根据多年数值分析课程教学实践的感受和理工科专业研究生教学的要求,在教学内容不断充实与更新的基础上编写的。教材的内容为数值计算的基本理论与基本方法,包括函数的插值和拟合、数值积分与微分、线性方程组的直接解法和迭代解法、非线性方程和方程组的数值解法、矩阵特征值问题的计算与常微分方程数值解法。编写本教材的指导思想是:着重内容的实用性,着重基本原理和方法的基本思想的阐述,着重数值计算方法的应用能力的培养和提高。教材在体系结构和内容取材上,致力于取材精炼、由浅入深、衔接顺畅,尽量综合国内外同类教材的优点。在理论方法的分析和内容表述上,力求重点突出、思路清晰、脉路分明、便于理解。在实际应用上,尽量联系问题的应用背景,每章开头精选了实际问题引入,各章节配备了丰富的数值计算例题。在实践环节上,各章都给出了适当的数值试验题,对数值计算的优秀软件Matlab作了简要介绍。考虑到Matlab用于数值计算的核心内容是函数文件,结合本书的内容,在各章都分别给出了若干算法的Matlab函数文件,作为算法描述和方法应用的补充,以便读者更好地理解和应用本课程所学的内容。

希望通过本教材的学习使读者掌握数值计算的基本理论和基本方法,提高数学素养,提高应用计算机进行科学与工程计算的能力,提高应用数学与计算机解决实际问题的能力。本教材可作为理工科专业研究生和数学专业大学生的数值分析课程教材或教学参考书,也可供从事科学与工程计算的科技人员学习参考。

教材内容涉及的范围和深度具有一定的弹性,教学时可根据学生的实际情况选用。60学时左右可以讲授本书的主要内容,讲授完全部内容需80学时左右。中南大学研究生院对本教材的编写非常重视,给予了大力的支持和鼓励,作者在此深表感谢。本书有幸被湖南省教育厅首批推荐为“研究生教学用书”,并得到资助,在此表示感谢,也感谢参加评审工作的各位专家和教授。

作者还要感谢中南大学出版社有关编辑同志对出版本书所做的大量工作和帮助。本书的选材和内容的叙述可能会有不当,甚至错误之处,诚请读者和同行们批评指正。


编 者
2003年1月