优质实用文档精选——数值分析实验报告实验七.docx
《优质实用文档精选——数值分析实验报告实验七.docx》由会员分享,可在线阅读,更多相关《优质实用文档精选——数值分析实验报告实验七.docx(24页珍藏版)》请在淘文阁 - 分享文档赚钱的网站上搜索。
1、实验七、QR算法一、实验目的1、熟悉matlab编程并学习QR算法原理及计算机实现;2、学习用matlab内置函数eig和QR算法求矩阵的特征值,并比对二者差异。二、实验题目1、课本第277页第1题已知矩阵(1)用MATLAB函数“eig”求矩阵全部特征值;(2)用基本QR算法求全部特征值(可用MATLAB函数“qr”实现矩阵的QR分解)。2、用QR算法求矩阵特征值: 根据QR算法原理编制求(i)及(ii)中矩阵全部特征值的程序并输出计算结果(要求误差10 -5).三、实验原理与理论基础QR方法是一种变换方法,是计算一般矩阵(中小型矩阵)全部特征值问题的最有效方法之一。目前QR方法主要用来计算
2、上海森伯格矩阵和对称三对角矩阵的全部特征值问题,且QR方法具有收敛快、算法稳定等特点。对于一般矩阵(或对称矩阵),首先用豪斯霍尔德方法将A化为上海森伯格矩阵B(或对称三对角矩阵),然后再用QR方法计算B的全部特征值。1、矩阵的QR分解设非奇异,则存在正交矩阵P,使PA=R,其中R为上三角矩阵。用Householder变换构造正交矩阵P,记,它的第一列记为,不妨设,可按公式(3.2)(Th14,约化定理 设则存在初等反射矩阵H使,其中) 找到矩阵使于是其中一般地,设,其中为(j-1)阶方阵,其对角线以下元素均为0,为(n-j+1)阶方阵,设其第一列为,可选择(n-j+1)的Householder
3、矩阵变换,使根据构造n*n阶的变换矩阵为于是有它和有类似的形式,只是为j阶方阵,其对角线以下元素是0,这样经过n-1步运算得到其中为上三角矩阵,为正交矩阵,从而有PA=R。2、QR算法设,且对A进行QR分解,即,其中R为上三角矩阵,Q为正交矩阵,于是可得到一个新矩阵。显然,B是由A经过正交相似变换得到,因此B与A特征值相同,再对B进行QR分解,又可得一新的矩阵,重复这一过程可得到矩阵序列:设将进行QR分解作矩阵求得后将进行QR分解形成矩阵QR算法,就是利用矩阵的QR分解,按上述递推法则构造矩阵序列的过程。只要A为非奇异矩阵,则由QR算法就完全确定。四、实验内容1、用matlab内置函数eig求
4、矩阵的全部特征值;2、编写求特征值的QR算法程序,并用之求矩阵特征值;3、比较两种方法的结果差异。(1)QR算法的m文件function qrsf(A,r)Q,R=qr(A);t=A(1,1) %tempA=R*Q;for k=1:50 Q,R=qr(A); t=A(1,1); A=R*Q; if( abs( A(1,1)-t )r ) break; endendn=size(A,1);for i=1:n format long g disp( 特征值,num2str(i),=,num2str( A(i,i) ) );end%disp();for i=1:n disp(特征值); format
5、 long g,A(i,i)endformat long g,A,Q,R(2)改进后的QR算法的m文件function qrsf(A,r)Q,R=qr(A);%t=A(1,1) %tempt(1)=max(abs(diag(R);A=R*Q;for k=2:50 Q,R=qr(A); z=diag(A); t(k)=max(abs(diag(R); A=R*Q; if( abs( t(k) - t(k-1) ) A=10 7 8 7;7 5 6 5;8 6 10 9;7 5 9 10; B=2 3 4 5 6;4 4 5 6 7;0 3 6 7 8;0 0 2 8 9;0 0 0 1 0; H
6、6=hilb(6);1、eig求矩阵特征值 eig(A),eig(B),eig(H6)ans = 0.0101500483978924 0.843107149855032 3.85805745594495 30.2886853458021ans = 13.1723513981032 6.55187835191566 1.59565457314994 -0.390788045416488 -0.929096277752298ans = 1.08279948406811e-007 1.25707571226224e-005 0.000615748354182652 0.01632152131987
7、58 0.24236087057521 1.618899858924342、QR算法求矩阵特征值 eig(A),qrsf(A,10-8)ans = 0.0101500483978924 0.843107149855032 3.85805745594495 30.2886853458021t = 10特征值1=30.2887特征值2=3.8581特征值3=0.84311特征值4=0.01015特征值ans = 30.2886853457915特征值ans = 3.85805737835431特征值ans = 0.843107227456257特征值ans = 0.0101500483978911
8、 eig(B),qrsf(B,10-8)ans = 13.1723513981032 6.55187835191566 1.59565457314994 -0.390788045416488 -0.929096277752298t = 2特征值1=13.1724特征值2=6.5519特征值3=1.5957特征值4=-0.9291特征值5=-0.39079特征值ans = 13.1723513891479特征值ans = 6.55187836087093特征值ans = 1.59565457937031特征值ans = -0.929096283974607特征值ans = -0.39078804
9、5414554 eig(H6),qrsf(H6,10-8)ans = 1.08279948406811e-007 1.25707571226224e-005 0.000615748354182652 0.0163215213198758 0.24236087057521 1.61889985892434t = 1特征值1=1.6189特征值2=0.24236特征值3=0.016322特征值4=0.00061575特征值5=1.2571e-005特征值6=1.0828e-007特征值ans = 1.6188998588068特征值ans = 0.24236087069274特征值ans = 0.
10、01632152131988特征值ans = 0.000615748354182639特征值ans = 1.25707571226506e-005特征值ans = 1.08279948456401e-0073、改进后的QR算法求特征值 eig(A),qrsf(A,10-8)ans = 0.0101500483978924 0.843107149855032 3.85805745594495 30.2886853458021特征值1=30.2887特征值2=3.8581特征值3=0.84311特征值4=0.01015特征值ans = 30.2886853458019特征值ans = 3.8580
11、5745223919特征值ans = 0.843107153560957特征值ans = 0.0101500483978911 eig(B),qrsf(B,10-8)ans = 13.1723513981032 6.55187835191566 1.59565457314994 -0.390788045416488 -0.929096277752298特征值1=13.1724特征值2=6.5519特征值3=1.5957特征值4=-0.9291特征值5=-0.39079特征值ans = 13.1723513936489特征值ans = 6.55187835636998特征值ans = 1.595
12、65456952802特征值ans = -0.929096274131193特征值ans = -0.390788045415675 eig(H6),qrsf(H6,10-8)ans = 1.08279948406811e-007 1.25707571226224e-005 0.000615748354182652 0.0163215213198758 0.24236087057521 1.61889985892434特征值1=1.6189特征值2=0.24236特征值3=0.016322特征值4=0.00061575特征值5=1.2571e-005特征值6=1.0828e-007特征值ans
13、= 1.61889985892171特征值ans = 0.242360870577844特征值ans = 0.0163215213198758特征值ans = 0.000615748354182638特征值ans = 1.25707571226506e-005特征值ans = 1.08279948456401e-007六、实验结果分析与小结 从实验结果可以看出,用MATLAB内置函数eig求矩阵特征值与用QR算法求矩阵特征值的结果基本一致,数据只有微小差别。且单就QR算法而言,精度不同,计算出来特征值也存在一定的差异。不过这些微小差别对于计算来说影响不是很明显,除了有特殊需要要求更精确的数值外
14、,这些结果已经能够满足计算结果的要求。七、附录3、eig与QR算法求矩阵特征值的结果比较 eig(A),qrsf(A,10-8)ans = 0.0101500483978924 0.843107149855032 3.85805745594495 30.2886853458021t = 10特征值1=30.2887特征值2=3.8581特征值3=0.84311特征值4=0.01015特征值ans = 30.2886853457915特征值ans = 3.85805737835431特征值ans = 0.843107227456257特征值ans = 0.0101500483978911A =
15、Columns 1 through 3 30.2886853457915 1.67263719509357e-005 2.4658715813052e-009 1.67263719456478e-005 3.85805737835431 0.000483698079436215 2.46587341708519e-009 0.000483698079436138 0.843107227456257 -5.08101348050736e-023 5.50511453327879e-018 -1.40098262801473e-013 Column 4 -1.07002288191827e-015
16、 8.90438591778815e-016 -1.38231041042597e-013 0.0101500483978911Q = Columns 1 through 3 -0.999999999990602 4.33543882155126e-006 4.37465097621799e-010 -4.33543785708671e-006 -0.999999835419719 0.000573708757424641 -2.92474424482639e-009 -0.000573708757417352 -0.999999835429117 -5.00590074187535e-021
17、 5.42373229907221e-016 -1.38027186974381e-011 Column 4 -1.31911901611722e-021 8.46111373361065e-015 -1.38027161147482e-011 1R = Columns 1 through 3 -30.2886853454344 -0.000148041080872945 -1.00648595392028e-007 0 -3.85805646596483 -0.00269709930446301 0 0 -0.84310736620718 0 0 0 Column 4 -1.07019946
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 优质 实用 文档 精选 数值 分析 实验 报告
限制150内