哈尔滨工程大学数值分析大作业2014-附fortran程序

B班大作业要求：

1. 使用统一封皮；

2. 上交大作业内容包含：

一摘要

二数学原理

三程序设计（必须对输入变量、输出变量进行说明；编程无语言要求，但程序要求通过）四结果分析和讨论

五完成题目的体会与收获

3. 提交大作业的时间：本学期最后一次课，或考前答疑；过期不计入成绩；

4. 提交方式：打印版一份；或手写大作业，但必须使用A4纸。

5. 撰写的程序需打印出来作为附录。

课程设计

课程名称：

设计题目：

学号：

姓名：

完成时间：

题目一：非线性方程求根 一 摘要

非线性方程的解析解通常很难给出，因此非线性方程的数值解就尤为重要。本实验通过使用常用的求解方法二分法和Newton 法及改进的Newton 法处理几个题目，分析并总结不同方法处理问题的优缺点。观察迭代次数，收敛速度及初值选取对迭代的影响。

用Newton 法计算下列方程

（1） 310x x --= ， 初值分别为01x =，00.45x =，00.65x =； （2） 32943892940x x x +-+= 其三个根分别为1,3,98-。当选择初值02x =时

给出结果并分析现象,当6

510ε-=?，迭代停止。

二 数学原理

对于方程f(x)=0，如果f(x)是线性函数，则它的求根是很容易的。牛顿迭代法实质上是一种线性化方法，其基本思想是将非线性方程f(x)=0逐步归结为某种线性方程来求解。

设已知方程f(x)=0有近似根x k (假定k f'(x )0≠) ，将函数f(x)在点x k 进行泰勒展开，有

k k k f(x)f(x )+f'(x )(x-x )+≈???

于是方程f(x)=0可近似的表示为

k k k f(x )+f'(x )(x-x )=0

这是个线性方程，记其根为x k+1，则x k+1的计算公式为

k+1k ()

x =x -'()

k k f x f x ，k=0,1,2,… 这就是牛顿迭代法或简称牛顿法。

三 程序设计（本程序由Fortran 语言编制）

（1）对于310x x --=，按照上述数学原理，编制的程序如下

program newton

implicit none

real :: x(0:50),fx(0:50),f1x(0:50)!分别为自变量x ，函数f(x)和一阶导数f1(x) integer :: k

write(*,*) "x(0)="

read(*,*) x(0) !输入变量：初始值x(0)

open(10,file='1.txt')

do k=1,50,1

fx(k)=x(k-1)**3-x(k-1)-1 f1x(k)=3*x(k-1)**2-1

x(k)=x(k-1)-fx(k)/f1x(k) !牛顿法

write(*,'(I3,1x,f11.6)') k,x(k) !输出变量：迭代次数k 及x 的值 write(10,'(I3,1x,f11.6)') k,x(k)

if(abs(x(k)-x(k-1))<1e-6) exit !终止迭代条件 end do stop end

（2）对于32

943892940x x x +-+=，按照上述数学原理，编制的程序如下

program newton implicit none

real :: x(0:50),fx(0:50),f1x(0:50)!分别为自变量x ，函数f(x)和一阶导数f1(x) integer :: k

write(*,*) "x(0)="

read(*,*) x(0) !输入变量：初始值x(0)

open(10,file='1.txt') do k=1,50,1

fx(k)=x(k-1)**3+94*x(k-1)**2-389*x(k-1)+294 f1x(k)=3*x(k-1)**2+188*x(k-1)-389

x(k)=x(k-1)-fx(k)/f1x(k) !牛顿法

write(*,'(I3,1x,f11.6)') k,x(k) !输出变量：迭代次数k 及x 的值 write(10,'(I3,1x,f11.6)') k,x(k)

if(abs(x(k)-x(k-1))<5e-6) exit !终止迭代条件 end do stop end

四 结果分析和讨论

（1）对于方程310x x --=，当初值分别为01x =，00.45x =，00.65x =时，所得

结果如下

了近似解x*=1.324718，但收敛速度明显不同。当初始值x0充分接近于方程的单根时，可保证迭代序列快速收敛。在本例中，初始值1、0.65和0.45距方程的单根越来越远，故收敛速度越来越慢。

（2）对于方程32943892940x x x +-+=，当初始值x 0=2时计算结果如下

曲线y=f(x)与x 轴的交点的横坐标。设x k 是根x *的某个近似值，过曲线y=f(x)上横坐标为x k 的点P k 引曲线y=f(x)的切线，并将该切线与x 轴的交点坐标x k+1作为x *的新的近似值。在本例中，当初始值x 0=2时，在这个点的切线方程与x 轴的交点恰为方程的一个根x=-98,故迭代了两次就得到了结果。 五 完成题目的体会与收获

对于牛顿法，当初始值x 0充分接近于方程的单根时，可保证迭代序列快速收敛。当方程有不止一个根时，所得结果与初始值的选取有关 。

题目二：线性方程组求解 一 摘要

对于实际的工程问题，很多问题归结为线性方程组的求解。本实验通过实际题目掌握求解线性方程组的数值解法，直接法或间接法。

有一平面机构如图所示，该机构共有13条梁（图中标号的线段）由8个铰接点（图中标号的圈）联结在一起。上述结构的1号铰接点完全固定，8号铰接点竖立方向固定，并在2号、5号和6号铰接点，分别有如图所示的10吨、15吨和20吨的负载，在静平衡的条件下，任何一个铰接点上水平和竖立方向受力都是平衡的，以此计算每个梁的受力情况。

10

15

20

令2/1=α，假设f 为各个梁上的受力，例如对8号铰接点有

01213=+f f α

对5号铰接点，则有

10965f f f f +=+αα

15975=++f f f αα

针对各个铰接点，列出方程并求出各个梁上的受力。 二 数学原理 高斯列主元消去法：

?

?

???

?

??????=?????????????????????????n n nn n n n n b b b x x x a a a a a a a a a 21212

1

2222111211

方法说明（以4阶为例）：

第1步消元——在增广矩阵（A ，b ）第一列中找到绝对值最大的元素，将其所在行与第一行交换，再对（A ，b ）做初等行变换使原方程组转化为如下形式：

?

?

???

?

??????=?????????????????????????*******0

***0***0****4321x x x x

第2步消元——在增广矩阵（A ，b ）中的第二列中（从第二行开始）找到绝对值最大的元素，将其所在行与第二行交换，再对（A ，b ）做初等行变换使原方程组转化为：

?

?

???

?

??????=?????????????????????????******00

**00***0****4321x x x x

第3步消元——在增广矩阵（A ，b ）中的第三列中（从第三行开始）找到绝对值最大的元素，将其所在行与第二行交换，再对（A ，b ）做初等行变换使原方程组转化为：

????????????=?????????????????????????*****000**00***0****4321x x x x 按x 4 → x 3→ x 2→ x 1 的顺序回代求解出方程组的解。

针对各个铰接点列方程： 对2号铰接点有

260f f -= 310f =

对3号铰接点有

1450f f f αα--= 1350f f f αα++=

对4号铰接点有

480f f -= 70f =

对5号铰接点有

569100f f f f αα+--= 579150f f f αα++-=

对6号铰接点有

10130f f -= 1120f =

对7号铰接点有

89120f f f αα+-=

911120f f f αα++=

对8号铰接点有

12130f f α+=

三 程序设计（本程序由Fortran 语言编制）

program main

implicit none

integer,parameter :: n=13 ！输入量：系数阵的维数 real :: js(n)

dimension :: a(n,n),b(n),x(n) double precision a,b,x

real,parameter :: m=0.7071 !m 代表α= 1/integer :: i,j

logical l

data((a(i,j),j=1,13),i=1,13) / m,0.,1.,0.,m,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0., & ！输入量：方程的系数阵 0.,1.,0.,0.,0.,-1.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0., & 0.,0.,1.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0., & 0.,0.,0.,1.,0.,0.,0.,-1.,0.,0.,0.,0.,0., &

m,0.,0.,-1.,-m,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0., &

0.,0.,0.,0.,m,1.,0.,0.,-m,-1.,0.,0.,0.,& 0.,0.,0.,0.,0.,0.,1.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,& 0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,1.,m,0.,0.,-m,0.,&

0.,0.,0.,0.,m,0.,1.,0.,m,0.,0.,0.,0.,&

0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,1.,0.,0.,-1.,&

0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,1.,0.,0.,& 0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,m,0.,1.,m,0.,& 0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,m,1. / b=0. ！输入量：方程的右边项 b(3)=10. b(9)=15.

b(11)=20.

write(*,"(13(13(f5.2,1x),/))") ((a(i,j),j=1,13),i=1,13) ！输出矩阵

call agaus(a,b,n,x,l,js)

if (l/=0) then

write(*,"(3(5f8.2,/))") x(:) ！输出结果

end if

stop

end

subroutine agaus(a,b,n,x,l,js)

dimension a(n,n),x(n),b(n),js(n)

double precision a,b,x,t

l=1 !逻辑变量

do k=1,n-1

d=0.0

do i=k,n

do j=k,n

if (abs(a(i,j))>d) then

d=abs(a(i,j))

js(k)=j

is=i

end if

end do

end do !把行绝对值最大的元素换到主元位置

if (d+1.0==1.0) then

l=0

else !最大元素为0无解

if(js(k)/=k) then

do i=1,n

t=a(i,k)

a(i,k)=a(i,js(k))

a(i,js(k))=t

end do !最大元素不在K行，K行end if

if(is/=k) then

do j=k,n

t=a(k,j)

a(k,j)=a(is,j)

a(is,j)=t !交换到K列

end do

t=b(k)

b(k)=b(is)

b(is)=t

end if !最大元素在主对角线上

end if !消去

if (l==0) then

write(*,100)

return

end if

do j=k+1,n

a(k,j)=a(k,j)/a(k,k)

end do

b(k)=b(k)/a(k,k) !求三角矩阵do i=k+1,n

do j=k+1,n

a(i,j)=a(i,j)-a(i,k)*a(k,j)

end do

b(i)=b(i)-a(i,k)*b(k)

end do

end do

if (abs(a(n,n))+1.0==1.0) then

l=0

write(*,100)

return

end if

x(n)=b(n)/a(n,n)

do i=n-1,1,-1

t=0.0

do j=i+1,n

t=t+a(i,j)*x(j)

end do

x(i)=b(i)-t

end do

100 format(1x,'fail')

js(n)=n

do k=n,1,-1

if (js(k)/=k) then

t=x(k)

x(k)=x(js(k))

x(js(k))=t

end if

end do

return

end

四结果分析和讨论

由程序计算的各个杆的受力如下：

与假设方向相反。

五完成题目的体会与收获

高斯消去法虽然能够执行，但随便用a kk(k)作为主元，有时会扩大误差，导致结果不可靠，甚至严重失真，而高斯列主元消去法则不会有这种情况发生。

最初采用的是高斯-赛德尔迭代法解此矩阵，但是发现很难得到收敛解。因为必须满足迭代条件才可以，而找到满足条件的迭代矩阵非常困难，故最终选取了没有收敛限制的直接法解此矩阵。

题目一程序：

（1）

program newton

implicit none

real :: x(0:50),fx(0:50),f1x(0:50)!分别为自变量x，函数f(x)和一阶导数f1(x) integer :: k

write(*,*) "x(0)="

read(*,*) x(0) !输入变量：初始值x(0)

open(10,file='1.txt')

do k=1,50,1

fx(k)=x(k-1)**3-x(k-1)-1

f1x(k)=3*x(k-1)**2-1

x(k)=x(k-1)-fx(k)/f1x(k) !牛顿法

write(*,'(I3,1x,f11.6)') k,x(k) !输出变量：迭代次数k及x的值write(10,'(I3,1x,f11.6)') k,x(k)

if(abs(x(k)-x(k-1))<1e-6) exit !终止迭代条件

end do

stop

end

（2）

program newton

implicit none

real :: x(0:50),fx(0:50),f1x(0:50)!分别为自变量x，函数f(x)和一阶导数f1(x) integer :: k

write(*,*) "x(0)="

read(*,*) x(0) !输入变量：初始值x(0)

open(10,file='1.txt')

do k=1,50,1

fx(k)=x(k-1)**3+94*x(k-1)**2-389*x(k-1)+294

f1x(k)=3*x(k-1)**2+188*x(k-1)-389

x(k)=x(k-1)-fx(k)/f1x(k) !牛顿法

write(*,'(I3,1x,f11.6)') k,x(k) !输出变量：迭代次数k及x的值write(10,'(I3,1x,f11.6)') k,x(k)

if(abs(x(k)-x(k-1))<5e-6) exit !终止迭代条件

stop

end

题目二程序：

program main

implicit none

integer,parameter :: n=13 ！输入量：系数阵的维数

real :: js(n)

dimension :: a(n,n),b(n),x(n)

double precision a,b,x

real,parameter :: m=0.7071 !m代表α=

integer :: i,j

logical l

data((a(i,j),j=1,13),i=1,13) / m,0.,1.,0.,m,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0., & ！输入量：方程的系数阵

0.,1.,0.,0.,0.,-1.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0., &

0.,0.,1.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0., &

0.,0.,0.,1.,0.,0.,0.,-1.,0.,0.,0.,0.,0., &

m,0.,0.,-1.,-m,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0., &

0.,0.,0.,0.,m,1.,0.,0.,-m,-1.,0.,0.,0.,&

0.,0.,0.,0.,0.,0.,1.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,&

0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,1.,m,0.,0.,-m,0.,& 0.,0.,0.,0.,m,0.,1.,0.,m,0.,0.,0.,0.,&

0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,1.,0.,0.,-1.,&

0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,1.,0.,0.,&

0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,m,0.,1.,m,0.,&

0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,0.,m,1. /

b=0. ！输入量：方程的右边项

b(3)=10.

b(9)=15.

b(11)=20.

write(*,"(13(13(f5.2,1x),/))") ((a(i,j),j=1,13),i=1,13) ！输出矩阵

call agaus(a,b,n,x,l,js)

if (l/=0) then

write(*,"(3(5f8.2,/))") x(:) ！输出结果

end if

stop

end

subroutine agaus(a,b,n,x,l,js)

dimension a(n,n),x(n),b(n),js(n)

double precision a,b,x,t

l=1 !逻辑变量

do k=1,n-1

d=0.0

do i=k,n

do j=k,n

if (abs(a(i,j))>d) then

d=abs(a(i,j))

js(k)=j

is=i

end if

end do

end do !把行绝对值最大的元素换到主元位置if (d+1.0==1.0) then

l=0

else !最大元素为0无解

if(js(k)/=k) then

do i=1,n

t=a(i,k)

a(i,k)=a(i,js(k))

a(i,js(k))=t

end do !最大元素不在K行，K行

end if

if(is/=k) then

do j=k,n

t=a(k,j)

a(k,j)=a(is,j)

a(is,j)=t !交换到K列

end do

t=b(k)

b(k)=b(is)

b(is)=t

end if !最大元素在主对角线上

end if !消去

if (l==0) then

write(*,100)

return

end if

do j=k+1,n

a(k,j)=a(k,j)/a(k,k)

end do

b(k)=b(k)/a(k,k) !求三角矩阵

do i=k+1,n

do j=k+1,n

a(i,j)=a(i,j)-a(i,k)*a(k,j)

end do

b(i)=b(i)-a(i,k)*b(k)

end do

end do

if (abs(a(n,n))+1.0==1.0) then

l=0

write(*,100)

return

end if

x(n)=b(n)/a(n,n)

do i=n-1,1,-1

t=0.0

do j=i+1,n

t=t+a(i,j)*x(j)

end do

x(i)=b(i)-t

end do

100 format(1x,'fail')

js(n)=n

do k=n,1,-1

if (js(k)/=k) then

t=x(k)

x(k)=x(js(k))

x(js(k))=t

end if

end do

return

end

数值分析大作业-三、四、五、六、七

大作业 三 1. 给定初值 0x 及容许误差 ，编制牛顿法解方程f (x )=0的通用 程序. 解：Matlab 程序如下： 函数m 文件：fu.m function Fu=fu(x) Fu=x^3/3-x; end 函数m 文件：dfu.m function Fu=dfu(x) Fu=x^2-1; end 用Newton 法求根的通用程序Newton.m clear; x0=input('请输入初值x0:'); ep=input('请输入容许误差:'); flag=1; while flag==1 x1=x0-fu(x0)/dfu(x0); if abs(x1-x0)

while flag1==1 && m<=10^3 x1=x0-fu(x0)/dfu(x0); if abs(x1-x0)=ep flag=0; end end fprintf('最大的sigma 值为：%f\n',sigma); 2．求下列方程的非零根 5130.6651()ln 05130.665114000.0918 x x f x x +??=-= ?-???解：Matlab 程序为： （1）主程序 clear clc format long x0=765; N=100; errorlim=10^(-5); x=x0-f(x0)/subs(df(),x0); n=1; while nerrorlim n=n+1; else break ; end x0=x; end disp(['迭代次数: n=',num2str(n)]) disp(['所求非零根: 正根x1=',num2str(x),' 负根x2=',num2str(-x)]) （2）子函数 非线性函数f function y=f(x) y=log((513+0.6651*x)/(513-0.6651*x))-x/(1400*0.0918); end

传热学数值计算大作业2014011673

数值计算大作业 一、用数值方法求解尺度为100mm×100mm 的二维矩形物体的稳态导热问题。物体的导热系数λ为1.0w/m·K。边界条件分别为： 1、上壁恒热流q=1000w/m2; 2、下壁温度t1=100℃； 3、右侧壁温度t2=0℃; 4、左侧壁与流体对流换热，流体温度tf=0℃，表面传热系数 h 分别为1w/m2·K、10 w/m2·K、100w/m2·K 和1000 w/m2·K; 要求： 1、写出问题的数学描述； 2、写出内部节点和边界节点的差分方程； 3、给出求解方法； 4、编写计算程序(自选程序语言)； 5、画出4个工况下的温度分布图及左、右、下三个边界的热流密度分布图； 6、就一个工况下（自选）对不同网格数下的计算结果进行讨论； 7、就一个工况下（自选）分别采用高斯迭代、高斯——赛德尔迭代及松弛法（亚松弛和超松弛）求解的收敛性（cpu 时间，迭代次数）进行讨论； 8、对4个不同表面传热系数的计算结果进行分析和讨论。 9、自选一种商业软件（fluent 、ansys 等）对问题进行分析，并与自己编程计算结果进行比较验证（一个工况）。（自选项） 1、写出问题的数学描述 设H=0.1m 微分方程 22220t t x y ??+=?? x=0，0

y=H ，0

数值分析大作业三 四 五 六 七

大作业 三 1. 给定初值 0x 及容许误差 ，编制牛顿法解方程f (x )=0的通用程序. 解：Matlab 程序如下： 函数m 文件：fu.m function Fu=fu(x) Fu=x^3/3-x; end 函数m 文件：dfu.m function Fu=dfu(x) Fu=x^2-1; end 用Newton 法求根的通用程序Newton.m clear; x0=input('请输入初值x0:'); ep=input('请输入容许误差:');

flag=1; while flag==1 x1=x0-fu(x0)/dfu(x0); if abs(x1-x0)

while flag==1 sigma=k*eps; x0=sigma; k=k+1; m=0; flag1=1; while flag1==1 && m<=10^3 x1=x0-fu(x0)/dfu(x0); if abs(x1-x0)=ep flag=0;

end end fprintf('最大的sigma 值为：%f\n',sigma); 2．求下列方程的非零根 5130.6651()ln 05130.665114000.0918 x x f x x +?? =-= ?-???解： Matlab 程序为： （1）主程序 clear clc format long x0=765; N=100; errorlim=10^(-5); x=x0-f(x0)/subs(df(),x0); n=1;

数值计算方法大作业

目录 第一章非线性方程求根 (3) 1.1迭代法 (3) 1.2牛顿法 (4) 1.3弦截法 (5) 1.4二分法 (6) 第二章插值 (7) 2.1线性插值 (7) 2.2二次插值 (8) 2.3拉格朗日插值 (9) 2.4分段线性插值 (10) 2.5分段二次插值 (11) 第三章数值积分 (13) 3.1复化矩形积分法 (13) 3.2复化梯形积分法 (14) 3.3辛普森积分法 (15) 3.4变步长梯形积分法 (16) 第四章线性方程组数值法 (17) 4.1约当消去法 (17) 4.2高斯消去法 (18) 4.3三角分解法 (20)

4.4雅可比迭代法 (21) 4.5高斯—赛德尔迭代法 (23) 第五章常积分方程数值法 (25) 5.1显示欧拉公式法 (25) 5.2欧拉公式预测校正法 (26) 5.3改进欧拉公式法 (27) 5.4四阶龙格—库塔法 (28)

数值计算方法 第一章非线性方程求根 1.1迭代法 程序代码： Private Sub Command1_Click() x0 = Val(InputBox("请输入初始值x0")) ep = Val(InputBox(请输入误差限ep)) f = 0 While f = 0 X1 = (Exp(2 * x0) - x0) / 5 If Abs(X1 - x0) < ep Then Print X1 f = 1 Else x0 = X1 End If Wend End Sub 例：求f(x)=e2x-6x=0在x=0.5附近的根（ep=10-10）

1.2牛顿法 程序代码： Private Sub Command1_Click() b = Val(InputBox("请输入被开方数x0")) ep = Val(InputBox(请输入误差限ep)) f = 0 While f = 0 X1 = x0 - (x0 ^ 2 - b) / (2 * b) If Abs(X1 - x0) < ep Then Print X1 f = 1 Else x0 = X1 End If Wend End Sub 例：求56的值。（ep=10-10）

数值分析大作业

数值分析报大作业 班级：铁道2班 专业：道路与铁道工程 姓名：蔡敦锦 学号：13011260

一、序言 该数值分析大作业是通过C语言程序编程在Microsoft Visual C++ 6.0编程软件上运行实现的。本来是打算用Matlab软间来计算非线性方程的根的。学习Matlab也差不多有一个多月了，感觉自己编程做题应该没什么问题了；但是当自己真心的去编程、运行时才发现有很多错误，花了一天时间修改、调试程序都没能得到自己满意的结果。所以，我选择了自己比较熟悉的C程序语言来编程解决非线性的求值问题，由于本作业是为了比较几种方法求值问题的收敛速度和精度的差异，选择了一个相对常见的非线性函数来反映其差异，程序运行所得结果我个人比较满意。编写C语言，感觉比较上手，程序出现问题也能比较熟练的解决。最终就决定上交一份C程序语言编程的求值程序了！

二、选题 本作业的目的是为了加深对非线性方程求根方法的二分法、简单迭代法、、牛顿迭代法弦截法等的构造过程的理解；能将各种方法的算法描述正确并且能够改编为程序并在计算机上实现程序的正确合理的运行，能得到自己满意的结果，并且能调试修改程序中可能出现的问题和程序功能的增减修改。本次程序是为了比较各种方法在求解同一非线性方程根时，在收敛情况上的差异。 为了达到上面的条件我选择自己比较熟悉的语言—C语言来编程，所选题目为计算方程f(x)=x3-2x-5=0在区间[2,3]内其最后两近似值的差的绝对值小于等于5 ?的根的几种方法的比较。 110- 本文将二分法、牛顿法、简单迭代法、弦截法及加速收敛法这五种方法在同一个程序中以函数调用的方式来实现，比较简洁明了，所得结果能很好的比较，便于分析；发现问题和得出结论。

中国海洋大学Fortran程序考试典型题

1、找出100-150之间和400-450之间能被9整除的数 2、找出100-999之间的回文数 3、找出水仙花数

4、输出“*”图形 5、输入n个数，找出大于平均值的数和最小数

6、把一个数值型数组的相同数删除到只剩一个 7、形成一个5*5矩阵，对角线元素为“i”，其余为“j”program juzhen implicit none integer I,J integer,parameter::size=5 integer::a(size,size) forall(I=1:size,J=1:size,I>J) a(I,J)=j forall(I=1:size,J=1:size,I==J) a(I,J)=i forall(I=1:size,J=1:size,I

integer,allocatable::c(:) write(*,*) "输入数组A的数据个数" read(*,*) n write(*,*) "输入数组B的数据个数" read(*,*) m l=m+n allocate (a(n)) allocate (b(m)) allocate (c(l)) write(*,*) "从小到大输入A的元素" do i=1,n read(*,*) a(i) end do write(*,*) "从小到大输入B的元素" do i=1,m read(*,*) b(i) end do do i=1,n c(i)=a(i) end do i=1 do while(i=c(n))then n=n+1 c(n)=b(i) goto 10 else if(b(i)>c(j).and.b(i)

FORTRAN程序设计复习题及答案

FORTRAN程序设计复习题 一、选择题 B (1)下列各FORTRAN表达式中合法的是 A) S+T*2P >= B) .NOT. (A*B+C) C) A2+B2/(C+D) <= D) (A+B).NOT．A*B．GT．(.NOT.只跟一个表达式) C (2)数学式(3/5)ex+y的FORTRAN表达式是 A) 3*EXP(X+Y)/5 B) 3*E* *(X+Y)/ C) (3/5)*EXP(X+Y)D) EXP(X+Y) D (3)下列FORTRAN77表达式中不合法的是 A) A．GT．B．EQV．C．GT．D B) A．AND．B．AND．C．AND．D C) .NOT．(X．LE．D) A．LT．B．LT．C．LT．D D(4)下列叙述中不正确的是 A) FORTRAN子程序可以单独编译 B) 对一个FORTRAN源程序进行编译和连接无误后可生成可执行文件 C) 即使编译和连接都正确无误，FORTRAN程序运行时仍可能出错 D) FORTRAN连接的主要任务是把函数库中的函数翻译成机器指令(正确描述：主要任务为连接目标文件) B (5)在下列FORTRAN77运算符中，优先级最高的是 A) .AND. B) .NOT. C) .OR. D) .EQ. B (6)FORTRAN表达式"6/5+9/2**3/2"的值为 A) 33 B) 1 C) 5 D) 3 A (7)下列FORTRAN77表达式中，合法的是： A) .AND.. B) 10.0 C) D) 提示：A）相当于 .AND.（.NOT.（）） D (8)关于编译一个FORTRAN源程序文件，下列说法中错误的是 A) 允许编译只有一个主程序而没有子程序的源文件 B) 允许编译有多个子程序的源文件 C) 允许编译只有一个子程序而没有主程序的源文件 D) 允许编译有多个主程序的源文件 C (9)在FORTRAN77源程序中，续行标志符必须放在 A) 第1列 B) 第1-6列C) 第6列D) 第5列 D (10)下列关于"SUBROUTIN E MAP(X，Y)"语句行的叙述中，不正确的是 A) 这是子程序的第一个语句 B) 字符串"MAP"是子程序名 C) 变量X是子程序的形参D) 子程序执行后，MAP将返回整型数据 提示：子程序无返回值，自定义函数才有） A (11)FORTRAN表达式"2/4+"的值是 A) B) 1 C) D) 0 提示：2/4默认等于整型，=》 D (12)FORTRAN表达式"MOD，"的值是 A) B)0.0 C) D) A (13下列FORTRAN运算符中，优先级最低的是 A）逻辑运算符.AND. B）算术运算符*

北航数值分析报告第三次大作业

数值分析第三次大作业 一、算法的设计方案： （一）、总体方案设计： x y当作已知量代入题目给定的非线性方程组，求（1）解非线性方程组。将给定的(,) i i

得与(,)i i x y 相对应的数组t[i][j],u[i][j]。 （2）分片二次代数插值。通过分片二次代数插值运算，得到与数组t[11][21],u[11][21]]对应的数组z[11][21]，得到二元函数z=(,)i i f x y 。 （3）曲面拟合。利用x[i],y[j],z[11][21]建立二维函数表，再根据精度的要求选择适当k 值，并得到曲面拟合的系数矩阵C[r][s]。 （4）观察和(,)i i p x y 的逼近效果。观察逼近效果只需要重复上面（1）和（2）的过程，得到与新的插值节点(,)i i x y 对应的(,)i i f x y ，再与对应的(,)i i p x y 比较即可，这里求解 (,)i i p x y 可以直接使用（3）中的C[r][s]和k 。 （二）具体算法设计： （1）解非线性方程组 牛顿法解方程组()0F x =的解* x ，可采用如下算法： 1）在* x 附近选取(0) x D ∈，给定精度水平0ε>和最大迭代次数M 。 2）对于0,1, k M =执行 ① 计算() ()k F x 和()()k F x '。 ② 求解关于() k x ?的线性方程组 () ()()()()k k k F x x F x '?=- ③ 若() () k k x x ε∞∞ ?≤，则取*()k x x ≈，并停止计算；否则转④。 ④ 计算(1) ()()k k k x x x +=+?。 ⑤ 若k M <，则继续，否则，输出M 次迭代不成功的信息，并停止计算。 （2）分片双二次插值 给定已知数表以及需要插值的节点，进行分片二次插值的算法： 设已知数表中的点为： 00(0,1,,) (0,1,,)i j x x ih i n y y j j m τ=+=???=+=?? ，需要插值的节点为(,)x y 。 1) 根据(,)x y 选择插值节点(,)i j x y ： 若12h x x ≤+ 或12 n h x x ->-，插值节点对应取1i =或1i n =-，

北航数值分析大作业第一题幂法与反幂法

《数值分析》计算实习题目 第一题： 1. 算法设计方案 （1）1λ，501λ和s λ的值。 1)首先通过幂法求出按模最大的特征值λt1，然后根据λt1进行原点平移求出另一特征值λt2，比较两值大小，数值小的为所求最小特征值λ1，数值大的为是所求最大特征值λ501。 2)使用反幂法求λs ，其中需要解线性方程组。因为A 为带状线性方程组，此处采用LU 分解法解带状方程组。 （2）与140k λλμλ-5011=+k 最接近的特征值λik 。 通过带有原点平移的反幂法求出与数k μ最接近的特征值 λik 。 （3）2cond(A)和det A 。 1）1=n λλ2cond(A)，其中1λ和n λ分别是按模最大和最小特征值。 2）利用步骤（1）中分解矩阵A 得出的LU 矩阵，L 为单位下三角阵,U 为上三角阵，其中U 矩阵的主对角线元素之积即为det A 。 由于A 的元素零元素较多，为节省储存量，将A 的元素存为6×501的数组中，程序中采用get_an_element()函数来从小数组中取出A 中的元素。 2.全部源程序 #include #include void init_a();//初始化A double get_an_element(int,int);//取A 中的元素函数 double powermethod(double);//原点平移的幂法 double inversepowermethod(double);//原点平移的反幂法 int presolve(double);//三角LU 分解 int solve(double [],double []);//解方程组 int max(int,int); int min(int,int); double (*u)[502]=new double[502][502];//上三角U 数组 double (*l)[502]=new double[502][502];//单位下三角L 数组 double a[6][502];//矩阵A int main() { int i,k; double lambdat1,lambdat2,lambda1,lambda501,lambdas,mu[40],det;

FORTRAN 90 程序编程规范

FORTRAN 90 程序编程规范 Fortran 90 编程规范，使程序代码高度组织化，更加易读、易懂、易于维护，程序更加高效。使编出的程序更易懂、易于维护。 1 语言选择 数值预报创新系统软件开发应避免使用Fortran77 的某些过时特征以Fortran 90不一致的特征。选择Fortran 90 作为开发语言，并采用Fortran 90 的新功能，如动态内存的分配(dynamic memory allocation)、递归（recursion ）, 模块(modules)、POINTER 、长变量名、自由格式等。 Fortran 77其中某些只是一些冗余的功能，这些功能已经过时，另外，还有一些在Fortran90 中被证明是不好的用法，建议不要使用。 2 Fortran 90 的新特性 2.1.1 建议使用的Fortran 90 新特性 建议使用Fortran 90 提供的模块（module ），并用Use ONLY 指定module 中哪些变量或派生类型定义可用于调用程序。 尽量使用数组下标三元组，这样可优化并减少所需的代码行数。为提高可读性，要在括号内表明数组的维数，例如： 1dArrayA(:) = 1dArrayB(:) + 1dArrayC(:) 2dArray(: , :) = scalar * Another2dArray(: , :) 当访问数组的子集时，例如在有限差分等式中，可以通过使用下标三元组实现。例如：2dArray(: , 2:len2) = scalar *（ & Another2dArray(:, 1:len2 -1) & - Another2dArray(:, 2:len2) & ) 对程序单元（program units ）命名，并使用End program ，End subroutine ，End interface ，End module 等结构再次指定“program unit ”的名称。 在逻辑表达式中使用>、 >=、 ==、 <、 <=、 /=，它们分别代 替.gt.、.ge.、.eq.、.lt.、.le.、.ne. 。新的表示方法更接近标准的数学符号 在变量定义中始终使用“：：”；始终用“DIMENSION ”定义数组形状；始终用（len=）的语法格式声明字符变量的长度。

北航数值分析大作业第二题精解

目标：使用带双步位移的QR 分解法求矩阵10*10[]ij A a =的全部特征值，并对其中的每一个实特征值求相应的特征向量。已知：sin(0.50.2)() 1.5cos( 1.2)(){i j i j ij i j i j a +≠+== (i,j=1,2, (10) 算法： 以上是程序运作的逻辑，其中具体的函数的算法，大部分都是数值分析课本上的逻辑，在这里特别写出矩阵A 的实特征值对应的一个特征向量的求法： ()[]()() []()[]()111111I 00000 i n n n B A I gause i n Q A I u Bu u λλ-?-?-=-?-?? ?-=????→=??????→= ?? ? 选主元的消元 检查知无重特征值 由于=0i A I λ- ，因此在经过选主元的高斯消元以后，i A I λ- 即B 的最后一行必然为零，左上方变 为n-1阶单位矩阵[]()()11I n n -?-，右上方变为n-1阶向量[]()11n Q ?-，然后令n u 1=-，则 ()1,2,,1j j u Q j n ==???-。

这样即求出所有A所有实特征值对应的一个特征向量。 #include #include #include #define N 10 #define E 1.0e-12 #define MAX 10000 //以下是符号函数 double sgn(double a) { double z; if(a>E) z=1; else z=-1; return z; } //以下是矩阵的拟三角分解 void nishangsanjiaodiv(double A[N][N]) { int i,j,k; int m=0; double d,c,h,t; double u[N],p[N],q[N],w[N]; for(i=0;i

fortran程序实例

1)实例3—求多个半径下的圆周长 ! z3.f90 --Fortran95 ! FUNCTIONS: ! z3 - Entry point of console application. !************************************************************************* ! PROGRAM: z3 ! PURPOSE: Entry point for the console application. !************************************************************************ program z3 ! 求多个半径下的圆周长 ! 主程序 ! PROGRAM Z3 PRINT *, 'R=',1.2,'C=',C(1.2) PRINT *, 'R=',3.4,'C=',C(3.4) PRINT *, 'R=',15.6,'C=',C(15.6) PRINT *, 'R=',567.3,'C=',C(567.3) END program z3 !子程序 FUNCTION C(R) PI=3.1415926 C=2*PI*R RETURN ! Body of z3 end

2)实例4—键盘与显示器输入/输出 a)Fortran 基本操作 b)程序指令 ! ZXZ_I_O.f90 ! FUNCTIONS: ! ZXZ_I_O - Entry point of console application. ! PROGRAM: ZXZ_I_O ! PURPOSE: Entry point for the console application. !***************输入、输出样式种种************************** program ZXZ_I_O implicit none !变量声明的位置 INTEGER(2) i; INTEGER(4) j; INTEGER(4) m; REAL n INTEGER A,B ! Variables PRINT*,'输入整数A'; READ*, A PRINT*,'输入整数B'; READ*, B B=A+B PRINT*,'B=A+B=',B WRITE(*,*) 'A*B=',A*B PRINT* ,'以上为计算机的计算结果，注意B的值'

上海大学_王培康_数值分析大作业

数值分析大作业（2013年5月） 金洋洋（12721512），机自系 1.下列各数都是经过四舍五入得到的近似值，试分别指出它 们的绝对误差限, 相对误差限和有效数字的位数。 X1 =5.420, x 2 =0.5420, x 3=0.00542, x 4 =6000, x 5=50.610? 解：根据定义：如果*x 的绝对误差限 不超过x 的某个数位的半个单位，则从*x 的首位非零数字到该位都是有效数字。 显然根据四舍五入原则得到的近视值，全部都是有效数字。 因而在这里有：n1=4, n2=4, n3=3, n4=4, n5=1 （n 表示x 有效数字的位数） 对x1：有a1=5, m1=1 （其中a1表示x 的首位非零数字，m1表示x1的整数位数） 所以有绝对误差限 143 11 (1)101022 x ε--≤ ?=? 相对误差限 31() 0.510(1)0.00923%5.4201 r x x x εε-?= == 对x2：有a2=5, m2=0 所以有绝对误差限 044 11 (2)101022 x ε--≤ ?=? 相对误差限 42() 0.510(2)0.00923%0.54202 r x x x εε-?= == 对x3：有a3=5, m3=-2 所以有绝对误差限 235 11 (3)101022 x ε---≤ ?=? 相对误差限 53() 0.510(3)0.0923%0.005423 r x x x εε-?= == 对x4：有a4=0, m4=4 所以有绝对误差限 4411(4)1022 x ε-≤?= 相对误差限 4() 0.5 (4)0.0083%6000 4 r x x x εε= = = 对x5：有a5=6, m5=5 所以有绝对误差限 514 11(5)101022 x ε-≤ ?=? 相对误差限 45() 0.510(5)8.3%600005 r x x x εε?= ==

fortran程序30个

程序1 PROGRAM chaper1272 INTEGER :: A(10)=(/5,7,4,8,12,2,10,3,9,11/) INTEGER :: sum=0,ave !打开一数据文件,设置一个有格式直接存取文件,将10个数分2个记录写入文件。 !数据文件生成2个记录,每个记录行长度相同,记录长度为25 OPEN(1,FILE='input21.dat',FORM='FORMATTED',ACCESS='D IRECT',RECL=25) WRITE(1,"(5I5)",REC=1)(A(I)+10,I=1,5) !按格式说明将头5个数写入第1个记录 WRITE(1,"(5I5)",REC=2)(A(I)+10,I=6,10)!按格式说明将后5个数写入第2个记录 READ(1,"(5I5)",REC=2)(A(I),I=6,10) !按格式说明从第2个记录中读取后5个数 READ(1,"(5I5)",REC=1)(A(I),I=1,5) !按格式说明从第1个记录中读取头5个数 DO I=1,10 sum=sum+A(I) ENDDO ave=sum/10 !打开一个最大记录长度为22的有格式顺序存取文件

OPEN(2,FILE='input22.dat',FORM='FORMATTED',ACCESS='D IRECT',RECL=22) WRITE(2,"('10个数之和为：',I5)",REC=1) sum !输出1记录行,记录长度为22 WRITE(2,"('10个数平均值为：',I5)",REC=2)ave !输出1记录行,记录长度为22 WRITE(2,"(A)",REC=3) '程序运行正常结束。' !输出一个记录行,记录长度为22 END 程序2 PROGRAM average REAL sum,ave INTEGER n OPEN(1,file='score.dat') PRINT*,'正在统计平均成绩,请等待。' sum=0.0;n=0 DO READ(1,*,END=100) S sum=sum+s n=n+1 ENDDO 100 ave=sum/n

数值分析大作业 三、四、五、六、七

大作业 三 1. 给定初值0x 及容许误差 ，编制牛顿法解方程f (x )=0的通用 程序. 解：Matlab 程序如下： 函数m 文件：fu.m function Fu=fu(x) Fu=x^3/3-x; end 函数m 文件：dfu.m function Fu=dfu(x) Fu=x^2-1; end 用Newton 法求根的通用程序Newton.m clear; x0=input('请输入初值x0:'); ep=input('请输入容许误差:'); flag=1; while flag==1 x1=x0-fu(x0)/dfu(x0); if abs(x1-x0)

while flag1==1 && m<=10^3 x1=x0-fu(x0)/dfu(x0); if abs(x1-x0)=ep flag=0; end end fprintf('最大的sigma 值为：%f\n',sigma); 2．求下列方程的非零根 5130.6651()ln 05130.665114000.0918 x x f x x +?? =- = ?-???解：Matlab 程序为： （1）主程序 clear clc format long x0=765; N=100; errorlim=10^(-5); x=x0-f(x0)/subs(df(),x0); n=1; while nerrorlim n=n+1; else break ; end x0=x; end disp(['迭代次数: n=',num2str(n)]) disp(['所求非零根: 正根x1=',num2str(x),' 负根x2=',num2str(-x)]) （2）子函数 非线性函数f function y=f(x) y=log((513+0.6651*x)/(513-0.6651*x))-x/(1400*0.0918); end

数值计算B大作业

课程设计 课程名称：数值计算B 设计题目：数值计算B大作业 学号： 姓名： 完成时间：

题目一：多项式插值 某气象观测站在8：00（AM ）开始每隔10分钟对天气作如下观测，用三次多项式插值函数（Newton ）逼近如下曲线，插值节点数据如上表，并求出9点30分该地区的温度（x=10）。 二、数学原理 假设有n+1个不同的节点及函数在节点上的值（x 0，y 0），……（x n ，y n ），插值多项式有如下形式： ）（） ）（（）（）（）（n 10n 102010n x -x )(x -x x -x x P x x x x x x -??-+??+-++=αααα （1） 其中系数i α（i=0,1,2……n ）为特定系数，可由插值样条i i n y x P =） （（i=0,1,2……n ）确定。 根据均差的定义，把x 看成[a,b]上的一点,可得 f(x)= f （0x ）+f[10x x ，]（0x -x ） f[x, 0x ]= f[10x x ，]+f[x,10x x ，] （1x -x ） …… f[x, 0x ，…x 1-n ]= f[x, 0x ，…x n ]+ f[x, 0x ，…x n ](x-x n ) 综合以上式子，把后一式代入前一式，可得到： f(x)= f[0x ]+f[10x x ，]（0x -x ）+ f[210x x x ，，]（0x -x ）（1x -x ）+ …+ f[x, 0x ，…x n ]（0x -x ）…(x-x 1-n )+ f[x, 0x ，…x n ,x ]）（x 1n +ω= N n （x ）+） （x n R 其中 N n （x ）= f[0x ]+f[10x x ，]（0x -x ）+ f[210x x x ，，]（0x -x ）（1x -x ）+ …+ f[x, 0x ，…x n ]（0x -x ）…(x-x 1-n ) （2） ）（x n R = f(x)- N n （x ）= f[x, 0x ，…x n ,x ]） （x 1n +ω （3） ） （x 1n +ω=（0x -x ）…(x-x n ) Newton 插值的系数i α（i=0,1,2……n ）可以用差商表示。一般有 f k =α[k 10x x x ??，] （k=0,1,2，……，n ） （4）

北航数值分析报告大作业第八题

北京航空航天大学 数值分析大作业八 学院名称自动化 专业方向控制工程 学号 学生姓名许阳 教师孙玉泉 日期2014 年11月26 日

一．题目 关于x , y , t , u , v , w 的方程组(A.3) ???? ?? ?=-+++=-+++=-+++=-+++79 .0sin 5.074.3cos 5.007.1cos sin 5.067.2cos 5.0y w v u t x w v u t y w v u t x w v u t (A.3) 以及关于z , t , u 的二维数表（见表A-1）确定了一个二元函数z =f (x , y )。 表A-1 二维数表 t z u 0 0.4 0.8 1.2 1.6 2 0 -0.5 -0.34 0.14 0.94 2.06 3.5 0.2 -0.42 -0.5 -0.26 0.3 1.18 2.38 0.4 -0.18 -0.5 -0.5 -0.18 0.46 1.42 0.6 0.22 -0.34 -0.58 -0.5 -0.1 0.62 0.8 0.78 -0.02 -0.5 -0.66 -0.5 -0.02 1.0 1.5 0.46 -0.26 -0.66 -0.74 -0.5 1. 试用数值方法求出f (x , y ) 在区域}5.15.0,8.00|), {≤≤≤≤=y x y x D （上的近似表达式 ∑∑===k i k j s r rs y x c y x p 00 ),( 要求p (x , y )以最小的k 值达到以下的精度 ∑∑==-≤-=10020 7210)],(),([i j i i i i y x p y x f σ 其中j y i x i i 05.05.0,08.0+==。 2. 计算),(),,(* ***j i j i y x p y x f (i =1,2,…,8 ; j =1,2,…,5) 的值，以观察p (x , y ) 逼 近f (x , y )的效果，其中j y i x j i 2.05.0,1.0**+==。

数值计算方法第4次作业

第四章 问题一 一、问题综述 在离地球表面高度为y处的重力加速度如下： 计算高度y=55000m处的重力加速度值。 二、问题分析 以高度y作为自变量，重力加速度的值为因变量。得到以下信息： f(0)=9.8100; f(30000)=9.7487; f(60000)=9.6879; f(90000)=9.6278; f(120000)=9.5682; 本题要求的就是f(55000)的值。 以下将采用课堂中学到的Lagrange插值多项式法、Newton插值多项式法、分段低次插值法和样条插值法求解该问题。 三、问题解决 1. lagrange插值多项式法 对某个多项式函数，已知有给定的k+ 1个取值点： 其中对应着自变量的位置，而对应着函数在这个位置的取值。 假设任意两个不同的x j都互不相同，那么应用拉格朗日插值公式所得到的拉格朗日插值多项式为：

其中每个为拉格朗日基本多项式（或称插值基函数），其表达式为： 拉格朗日基本多项式的特点是在上取值为1，在其它的点上取值为0。 源程序lagrange.m function [c,f]=lagrange(x,y,a) % 输入：x是自变量的矩阵；y是因变量的矩阵；a是要计算的值的自变量； % 输出：c是插值多项式系数矩阵；f是所求自变量对应的因变量； m=length(x); l=zeros(m,m); % l是权矩阵 f=0; for i=1:m v=1; for j=1:m if i~=j v=conv(v,poly(x(j)))/(x(i)-x(j)); % v是l_i(x)的系数矩阵 end end l(i,:)=v; % l矩阵的每一行都是x从高次到低次的系数矩阵 end c=vpa(y*l,10); % 对应阶次的系数相加，乘以y，显示10位有效数字 for k=1:m f=f+c(k)*a^(m-k); end 输入矩阵 x=[0 30000 60000 90000 120000] y=[9.81 9.7487 9.6879 9.6278 9.5682] a=55000 再运行源函数，可得： c = [ -2.057613169e-23, 4.938271605e-18, -3.703703702e-14, -0.000002046111111, 9.81] f = 9.6979851723251649906109417384537