二分法,newton迭代法求解非线性方程组

来源:互联网 发布:练瑜伽穿什么衣服知乎 编辑:程序博客网 时间:2024/05/18 02:42

解:package shuzhifenxi;

    public class Exam411 {

public static Boolean th = true;

public static int count = 1; // 统计迭代的次数

public static void main(String[] args) {

System.out.println("x=" + dichotomy(0, 1));

System.out.println("达到精度需要迭代的步数count=" + count);

}

public static double dichotomy(double lowLimit, double upLimit) {

double x = 0.0;

while (th) {

x = (lowLimit + upLimit) / 2; // 此处迭代一次,所以count=1

if (question(x) < 0) {

upLimit = x;

count++;

}

if (question(x) > 0) {

lowLimit = x;

count++;

}

if (Math.abs(x - (lowLimit + upLimit) / 2) < Math.pow(10, -4)) {

th = false;

}

}

return (lowLimit + upLimit) / 2;

}

public static double question(double x) {

double S = solveEquation(x) * solveEquation(0);

return S;

}

public static double solveEquation(double x) {

double S = 1 - x - Math.sin(x);

return S;

}

}

运行结果:x=0.51092529296875

          达到精度需要迭代的步数count=14

解:

package shuzhifenxi;

public class Exam462 {

// public static int count = 0;

public static double x = 0;

public static double x1 = 0;

public static void main(String[] args) {

System.out.println("第一个函数迭代值");

iteration1(1.5, 5);

System.out.println("第二个函数迭代值");

iteration2(1.5, 5);

System.out.println("第三个函数迭代值");

iteration3(1.5, 5);

System.out.println("第四个函数迭代值");

iteration4(1.5, 5);

}

private static void iteration1(double d, int n) {

boolean th = true;

int count = 0;

while (th == true) {

x = 1 + 1.0 / Math.pow(d, 2);

count++;

System.out.println("迭代" + count + "次后" + "x1" + count + "=" + x);

//满足精度要求后将false赋值给th,中断循环

if (Math.abs(x - d) < Math.pow(10, -n)) {

th = false;

System.out.println("迭代" + count + "次后" + "S=" + d);

}

d = x;    //若没有达到精度要求,继续循环

}

}

private static void iteration2(double d, int n) {

boolean th = true;

int count = 0;

while (th == true) {

x = Math.pow((1 + Math.pow(d, 2)), 1.0 / 3);

count++;

System.out.println("迭代" + count + "次后" + "x2" + count + "=" + x);

if (Math.abs(x - d) < Math.pow(10, -n)) {

th = false;

System.out.println("迭代" + count + "次后" + "S=" + d);

}

d = x;

}

}

private static void iteration3(double d, int n) {

boolean th = true;

int count = 0;

while (th == true) {

x = Math.pow((Math.pow(d, 3) - 1), 1.0 / 2);

count++;

System.out.println("迭代" + count + "次后" + "x3" + count + "=" + x);

if (Math.abs(x - d) < Math.pow(10, -n)) {

th = false;

System.out.println("迭代" + count + "次后" + "S1=" + d);

}

d = x;

//由自己的调试知,此函数迭代形式发散,所以在此处当迭代20次后,将false赋值给th,中断循环

if (count == 20) {

th = false;

}

}

}

private static void iteration4(double d, int n) {

boolean th = true;

int count = 0;

while (th == true) {

if (d - 1 < 0) {

th = false;

}

x = 1.0 / Math.pow((d - 1), 1.0 / 2);

count++;

System.out.println("迭代" + count + "次后" + "x4" + count + "=" + x);

if (Math.abs(x - d) < Math.pow(10, -n)) {

th = false;

System.out.println("迭代" + count + "次后" + "S1=" + d);

}

d = x;

//由自己的调试知,此函数迭代形式发散,所以在此处当迭代20次后,将false赋值给th,中断循环

if (count == 20) {

th = false;

}

}

}

}

运行结果:

第一个函数迭代值

迭代1次后x11=1.4444444444444444

迭代2次后x12=1.4792899408284024

迭代3次后x13=1.456976

迭代4次后x14=1.4710805833200253

迭代5次后x15=1.4620905354712408

迭代6次后x16=1.4677905760195855

迭代7次后x17=1.464164380462178

迭代8次后x18=1.4664663557170745

迭代9次后x19=1.465003040566855

迭代10次后x110=1.4659324390818347

迭代11次后x111=1.4653418257177924

迭代12次后x112=1.4657170180224512

迭代13次后x113=1.4654786212853665

迭代14次后x114=1.465630077074339

迭代15次后x115=1.4655338471620807

迭代16次后x116=1.4655949849544627

迭代17次后x117=1.4655561408589337

迭代18次后x118=1.4655808200184175

迭代19次后x119=1.4655651401645184

迭代20次后x120=1.4655751022361165

迭代20次后S=1.4655651401645184

第二个函数迭代值

迭代1次后x21=1.4812480342036851

迭代2次后x22=1.4727057296393942

迭代3次后x23=1.4688173136644993

迭代4次后x24=1.4670479732005974

迭代5次后x25=1.466243010114747

迭代6次后x26=1.4658768201688133

迭代7次后x27=1.465710240775865

迭代8次后x28=1.4656344652385098

迭代9次后x29=1.4655999958533155

迭代10次后x210=1.4655843161956508

迭代11次后x211=1.4655771837422105

迭代11次后S=1.4655843161956508

第三个函数迭代值

迭代1次后x31=1.541103500742244

迭代2次后x32=1.630987680598118

迭代3次后x33=1.8271902684081118

迭代4次后x34=2.2583847742893766

迭代5次后x35=3.243215056695436

迭代6次后x36=5.754439646254118

迭代7次后x37=13.767718493118355

迭代8次后x38=51.075160681190056

迭代9次后x39=365.016908562469

迭代10次后x310=6973.799699071487

迭代11次后x311=582376.9855929272

迭代12次后x312=4.4443300777032775E8

迭代13次后x313=9.36934992862004E12

迭代14次后x314=2.8679012223627768E19

迭代15次后x315=1.5358410937367452E29

迭代16次后x316=6.0189318417969335E43

迭代17次后x317=4.669594170406319E65

迭代18次后x318=3.1909405073782005E98

迭代19次后x319=5.7000420662841476E147

迭代20次后x320=Infinity

第四个函数迭代值

迭代1次后x41=1.414213562373095

迭代2次后x42=1.5537739740300376

迭代3次后x43=1.3437971925310592

迭代4次后x44=1.7054886638419886

迭代5次后x45=1.1905701238185404

迭代6次后x46=2.290723081999706

迭代7次后x47=0.8802042510207922

迭代8次后x48=NaN

由运行结果知四种不同的等价形式中(1),(2)收敛,且(2)的收敛效果比(1)好,(3),(4)不收敛。

 

解:package shuzhifenxi;

public class Exam481 {

public static double x1 = 0;

public static double NUMBER = 3; // 定义函数中a的值

public static void main(String[] args) {

iteration1(NUMBER, 5, 5);

}

// 方法中三个参数值分别为函数式中a的值,Newton迭代的起始值,需要达到的精度要求10^(-n)

private static void iteration1(double a, double x, int n) {

boolean th = true;

int count = 0;

while (th) {

x1 = (2.0 * x) / 3 + a / (3.0 * Math.pow(x, 2));

count++;

System.out.println("Newton迭代" + count + "次后" + "x" + count + "="

x1);

// 达到精度要求后将false赋值给th,中断循环

if (Math.abs(x - x1) < Math.pow(10, -n)) {

th = false;

System.out.println("Newton迭代" + count + "次后" + "S=" + x1);

}

x = x1;

}

}

}

运行结果:

Newton迭代1次后x1=3.3733333333333335

Newton迭代2次后x2=2.336767156007576

Newton迭代3次后x3=1.740978829257261

Newton迭代4次后x4=1.4905758774387161

Newton迭代5次后x5=1.443799436236203

Newton迭代6次后x6=1.4422512334365247

Newton迭代7次后x7=1.4422495703093263

Newton迭代7次后S=1.4422495703093263

对于的情形 ,为二阶收敛

对于的情形 ,x=0是三重根,此Newton为线性收敛