• 数值分析 读书笔记


    经廖博这位大神的推荐,我阅读了由Timothy Sauer著作的《数值分析》一书,本书浅显易懂,条理清晰,让我这种数学白痴也能看的懂,适合自学。

    数值分析这门工科研究生一般要上的课是干什么的? 数值分析,简单的来说,就是讲数学问题(如高数中的微分积分,微分方程),怎么用计算机求解的。 如解方程,X2-1=0。如果在纸上算,能很快的算出x=1或者-1,但是计算机不能这样算,计算机需要用对分法一直计算直到算出解,并不是如在纸上算那么简单。

    1. 解方程与解方程组

           解方程就是解单个方程的解。解方程组就是解多个方程的组合解,有线性方程组和非线性方程组,可以采用解矩阵的方式求解,基础是高斯消去法,至于解矩阵的优化方式很多,如矩阵分解,考虑正定矩阵。

    2. 插值

          输入几个点的数据,通过插值算法找出符合点数据的方程。 包括多项式插值与样条法。

    3.最小二乘拟合

          和插值有点像,但是插值没有考虑噪声点,而且点数目很多的时候并不是很合适。最小二乘,就是拟合后的误差用差平方和来表示,误差最小的,就是拟合最好的。

    4. 微分积分

          顾名思义,就是用来解微分积分的。

    5. 常微分方程

         对常微分不了解的,请翻高等数学课本。常微分未知函数y是一元的方程。

         常微分方程很多情况下有无限多的解,不过本书中常微分方程的分两种问题:初值问题和边值问题。这两个问题都是给定一些约束条件,来求解在约束条件下的常微分问题的特解的。

          初值问题(IVP)是给定解空间左端的初始条件。

          边界问题(BVP)会给出解区间的两端的边界条件。

          边界问题两种方法解决:打靶法和有限差分方法。

           打靶法是将边界问题转变为初值问题。

           有限差分方法则是将边界问题转变为线性或者非线性方程组。 这样用前面的方法就可以解决。

    6. 偏微分方程

           偏微分方程的未知函数y是一元以上的方程。

            主要讨论了三类两自变量二姐偏微分方程:

         a. 抛物型,代表扩散系统

         b. 双曲型,代表有波动方程

         c. 椭圆形,模拟定常状态。

    7. 随机数

         随机数生成的算法问题。

        主要有均匀分布的随机数生成和高斯分布随机数,伪随机数的生成独立性,拟随机数则不是。

        伪随机数生成算法有(线性同余生成元),其有很多形式。 比较好的是最小标准随机数生成元,比较差的是randu的。周期越长愈好。

        高斯分布的随机数基于均匀分布的随机数生成器。

        主要应用在于蒙特卡洛模拟。

    8. 最优化问题

        很多问题都可以转变为最优化问题,最优化的技术很多,单变量,多变量,约束等等,不过本书讲的优化问题,是最能让人懂的。估计这也是这本书的定位:入门

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