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MATLAB解方程与函数极值

原作者: [db:作者] 来自: [db:来源] 收藏 邀请

1.线性方程数值求解

  主要是用到了计算方法里的LU分解等,不过是加快了求解速度而已(相对于inv(A)*b或者A\b)

2.非线性方程数值求解

  1 单变量非线性方程求解
    在MATLAB中提供了一个fzero函数,可以用来求单变量非线性方程的根。该函数的调用格式为:
    z=fzero(\'fname\',x0,tol,trace)
  其中fname是待求根的函数文件名,x0为搜索的起点。一个函数可能有多个根,但fzero函数只给出离x0最近的那个根。tol控制结果的相对精度,缺省时取tol=eps,trace指定迭代信息是否在运算中显示,为1时       显示,为0时不显示,缺省时取trace=0。

   例  求f(x)=x-10x+2=0在x0=0.5附近的根。
    步骤如下:
   (1) 建立函数文件funx.m。
       function fx=funx(x)
       fx=x-10.^x+2;
   (2) 调用fzero函数求根。
      z=fzero(\'funx\',0.5)
      z =
         0.3758

  2 非线性方程组的求解

  对于非线性方程组F(X)=0,用fsolve函数求其数值解。fsolve函数的调用格式为:
    X=fsolve(\'fun\',X0,option)
其中X为返回的解,fun是用于定义需求解的非线性方程组的函数文件名,X0是求根过程的初值,option为最优化工具箱的选项设定。最优化工具箱提供了20多个选项,用户可以使用optimset命令将它们显示出来。如果想改变其中某个选项,则可以调用optimset()函数来完成。例如,Display选项决定函数调用时中间结果的显示方式,其中‘off’为不显示,‘iter’表示每步都显示,‘final’只显示最终结果。optimset(‘Display’,‘off’)将设定Display选项为‘off’。

例  求下列非线性方程组在(0.5,0.5) 附近的数值解。
    (1) 建立函数文件myfun.m。
function q=myfun(p)
x=p(1);
y=p(2);
q(1)=x-0.6*sin(x)-0.3*cos(y);
q(2)=y-0.6*cos(x)+0.3*sin(y);
    (2) 在给定的初值x0=0.5,y0=0.5下,调用fsolve函数求方程的根。
x=fsolve(\'myfun\',[0.5,0.5]\',optimset(\'Display\',\'off\'))
x =
    0.6354
    0.3734

将求得的解代回原方程,可以检验结果是否正确,命令如下:
q=myfun(x)
q =
      1.0e-009 *
    0.2375    0.2957
    可见得到了较高精度的结果。

 

3.  常微分方程初值问题的数值解法

  龙格-库塔法的实现
    基于龙格-库塔法,MATLAB提供了求常微分方程数值解的函数,一般调用格式为:
    [t,y]=ode23(\'fname\',tspan,y0)
    [t,y]=ode45(\'fname\',tspan,y0)
其中fname是定义f(t,y)的函数文件名,该函数文件必须返回一个列向量。tspan形式为[t0,tf],表示求解区间。y0是初始状态列向量。t和y分别给出时间向量和相应的状态向量。

例  设有初值问题,试求其数值解,并与精确解相比较(精确解为y(t)=)。
    (1) 建立函数文件funt.m。
function yp=funt(t,y)
yp=(y^2-t-2)/4/(t+1);
(2) 求解微分方程。
t0=0;tf=10;
y0=2;
[t,y]=ode23(\'funt\',[t0,tf],y0);   %求数值解
y1=sqrt(t+1)+1;             %求精确解
t\'
y\'
y1\'

  y为数值解,y1为精确值,显然两者近似。

4.  函数极值
    MATLAB提供了基于单纯形算法求解函数极值的函数fmin和fmins,它们分别用于单变量函数和多变量函数的最小值,其调用格式为:
    x=fmin(\'fname\',x1,x2)
    x=fmins(\'fname\',x0)
这两个函数的调用格式相似。其中fmin函数用于求单变量函数的最小值点。fname是被最小化的目标函数名,x1和x2限定自变量的取值范围。fmins函数用于求多变量函数的最小值点,x0是求解的初始值向量。

MATLAB没有专门提供求函数最大值的函数,但只要注意到-f(x)在区间(a,b)上的最小值就是f(x)在(a,b)的最大值,所以fmin(f,x1,x2)返回函数f(x)在区间(x1,x2)上的最大值。

例  求f(x)=x3-2x-5在[0,5]内的最小值点。
    (1) 建立函数文件mymin.m。
function fx=mymin(x)
fx=x.^3-2*x-5;
    (2) 调用fmin函数求最小值点。
x=fmin(\'mymin\',0,5)
x=
    0.8165

5.复数相关

matlab里可以直接输入数学表达式计算。

空格三个点号为续行符,必须加空格,否则被认为是无法识别的操作符。

可以1 + 4*i或者1 + 4i表示复数,exp(x)表示指数函数。

生成复数阵,每个元素是复数,或者[1 2;4 5] - [7 8; 56 7]*i。

real(实部),imag(虚部),abs(求模),angle(求角)

 1 >> (-8)^(1/3)
 2 
 3 ans =
 4 
 5    1.0000 + 1.7321i
 6  -8^(1/3)
 7 
 8 ans =
 9 
10     -2
11 
12 
13 
14 因为计算是按复数计算,在复数面内旋转-1/3圈,即顺时针三分之一圈,所以得到1.0000 + 1.7321i
15 使用时注意就可以了

 6.matlab中画的图形想要加上网格线,须先plot在grid,顺序反了和没加grid一样。

画出衰减振荡曲线及其它的包络线。

1 t=0:pi/50:4*pi; 
2 y0=exp(-t/3);  
3 y=exp(-t/3).*sin(3*t); 
4 plot(t,y,\'-r\',t,y0,\':b\',t,-y0,\':b\') 
5 grid  

7.eps是matlab中最小的正数。eps=2.22044604925031e-016
在matlab的数值计算中,当发现某个值小于eps时,就把这个数当做0来处理。

 

历史指令再运行(选择全部需要的代码,右键选择evaluate section)。

8.

 

 

 

 

 

 

 

  


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握手

雷人

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