共轭梯度法matlab
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共轭梯度法(Conjugate Gradient),是一种非常有效的求解对称大型线性系统的近似解的算法。使用共轭梯度法来求解线性系统最终收敛于最小值,它是在不构造正定矩阵时,可以快速求解系统的一个有效解法。
拉格朗日方程,线性系统通常表示为Ax = b,其中A为系数矩阵,b为常数矩阵,x为未知标量或未知向量。给定矩阵A和b,共轭梯度法可以用来求解x。
共轭梯度法的基本思想是,不断改变梯度的方向直到梯度收敛为零。梯度收敛的定义是:在不同的两个迭代过程中,两个梯度的乘积的值小于一个特定的参数。 由于梯度的收敛程度越小,时间复杂度也就越低。
matlab中,我们可以使用共轭梯度法导入函数cgs来解决线性系统的代数方程。语句形式为[x,flag,relres,iter,resvec] = cgs(A,b),其中A是系数矩阵,b为常数矩阵,x为未知量,flag表示结束状态,relres为相对残差,iter表示迭代次数,resvec为残差向量。
若要解决Ax = b,即:
正则化共轭梯度法 A = [1 2;3 4]
我们用matlab cgs 函数进行求解,可以这样写:
[x,flag,relres,iter,resvec] = cgs(A,b);
flag表示收敛情况,flag=0代表收敛,flag=-1代表系数矩阵A不能被处理。relres是收敛的相对误差,iter是迭代次数,resvec是残差向量,x为未知量。
上面的程序可以得到flag=0,relres=1.537e-14,iter=13,resvec=[1.0135e-14]。
上面的解为x=[-1;1],解析解一致,表明matlab cgs函数可以成功求解对称大型线性方程组。
最后,共轭梯度法是一种近似求解线性系统的有效算法,它的优势是具有快速的收敛性,在计算时省去构造正定矩阵的时间,并且稳定。
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