数值分析
数值分析
少于1000 人选课
更新日期:2025/05/20
开课平台学银在线
开课高校中南大学
开课教师张鸿雁刘圣军刘新儒
学科专业理学数学类
开课时间2021/09/15 - 2022/01/15
课程周期18 周
开课状态已结课
每周学时-
课程简介

第一章通过“现实世界”与“数学世界”的桥梁“数学模型”的计算问题引出本课程的主题数值计算及其稳定性、收敛性、误差分析理论的重要性,着重介绍误差、有效数字、误差的传播问题,通过实例介绍稳定性分析的必要性;第二章介绍插值方法与函数拟合方法,对插值多项式存在唯一性、截断误差进行分析,主要介绍利用基函数思想的Lagrange插值法、利用差分与差商概念的Newton插值法、同时利用节点上函数值与导数值信息的Hermite插值法,保持高阶光滑性的三次样条插值方法,利用正交多项式的函数最佳平方逼近方法;第三章主要介绍非线性方程迭代解法及其收敛性、误差分析,特别对Newton迭代法进行深入讨论;第四章章从定积分概念导出数值积分思想,利用插值思想给出基本数值积分方法并利用积分余项和代数精度概念刻画数值积分精度,给出复化求积思想,对复化梯形、SimpsonCotes求积公式进行探讨,进而基于Richardson外推思想得出Romberg数值积分算法,利用差商与Richardson外推思想讨论数值微分方法;第五、六章介绍线性方程组数值解法:直接解法,基于回代Gauss消元法的矩阵分解-Doolittle Cholesky分解方法;Jacobi Gauss-Seidel迭代解法;并引入向量、矩阵范数、矩阵谱半径、严格对角占优矩阵对线性方程组求解误差、稳定性、收敛性进行分析;第七章简单介绍计算矩阵模最大(小)特征值及其特征向量的幂法(反幂法)及其加速思想,并将矩阵分解思想融入计算过程;第八章介绍常微分方程数值解法:Euler法、隐式Euler法、二步Euler法、梯形方法,隐式公式显式化的思想,Runge-Kutta法,并对单步法收敛性与稳定性进行探讨,简单介绍线性多步法。


课程大纲

绪论

  • 1.1 数值分析研究的对象与特点
  • 1.2 误差来源及误差分析
  • 1.3 误差的基本概念
  • 1.4 误差的传播与估计
  • 1.5 单元测验

插值和拟合

  • 2.1 多项式插值
  • 2.2 分段低次插值
  • 2.3 三次样条插值
  • 2.4 正多项式和最佳平方逼近
  • 2.5 离散数据的曲线拟合
  • 2.6 单元测验

方程求根

  • 3.1 根的搜索
  • 3.2 迭代法
  • 3.3 迭代法的加速
  • 3.4 Newton公式
  • 3.5 弦截法与抛物法
  • 3.6 代数方程求根
  • 3.7 单元测验

数值积分与数值微分

  • 4.1 数值积分思想
  • 4.2 插值型求积和代数精度
  • 4.3 Newton-Cotes求积分式
  • 4.4 复化求积公式
  • 4.5 外推原理与Romberg求积法
  • 4.6 待定系数法
  • 4.7 Gauss求积公式
  • 4.8 数值微分
  • 4.9 单元测验

解线性方程组的直接解法

  • 5.1 Gauss消去法
  • 5.2 矩阵的三角分解
  • 5.3 Guass主元素消去法
  • 5.4 Guass-Jordan消去法
  • 5.5 平方根法
  • 5.6 追赶法
  • 5.7 向量和矩阵范数
  • 5.8 误差分析
  • 5.9 单元测验

解线性方程组的迭代法

  • 6.1 引 言
  • 6.2 迭代法的收敛性(一)
  • 6.3 迭代法的收敛性(二)
  • 6.4 解线性方程组的超松弛迭代法
  • 6.5 单元测验

矩阵特征值与特征向量计算

  • 7.1 引言
  • 7.2 幂法
  • 7.3 加速方法
  • 7.4 反幂法
  • 7.5 单元测验

常微分方程数值解法

  • 8.1 引 言
  • 8.2 Euler方法
  • 8.3 Runge-Kutta 方法
  • 8.4 三阶 Runge-Kutta 方法
  • 8.5 单步法的收敛性和稳定性
  • 8.6 线性多步法
  • 8.7 单元测验