牛顿——拉弗森方法的理解

2024-02-23 19:40
文章标签 方法 理解 牛顿 拉弗

本文主要是介绍牛顿——拉弗森方法的理解,希望对大家解决编程问题提供一定的参考价值,需要的开发者们随着小编来一起学习吧!

牛顿——拉弗森方法

1.产生背景

多数方程不存在求根公式,因此求精确根非常困难,甚至不可能,从而寻找方程的近似根就显得特别重要。方法使用函数f(x)的泰勒级数的前面几项来寻找方程f(x)=0 的根。牛顿迭代法是求方程根的重要方法之一,其最大优点是在方程f(x)=0 的单根附近具有平方收敛,而且该法还可以用来求方程的重根、复根,此时线性收敛,但是可通过一些方法变成超线性收敛。另外该方法广泛用于计算机编程中。

2.百度百科上面的解释

我们对Markdown编辑器进行了一些功能拓展与语法支持,除了标准的Markdown编辑器功能,我们增加了如下几点新功能,帮助你用它写博客:
3.对牛顿——拉弗森方法的图像理解

(1)思想:用切线去逼近曲线

如下图函数f(x)= x^2;过C点作一条切线,我们把切线放大可以看到,在很小的一段距离内,切线无限逼近与原曲线,也就是说在一定小的范围内,切线≈f(x)。

在这里插入图片描述
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(2)使用:当函数的根无法求得的时候,利用切线去无限逼近函数的根,已获得根的近似值

接着上面的图,我们要求函数f(x)=x^2的根,可能你会觉得这非常简单,但是计算机并不认为,计算机是很笨的。我们随机去一个横坐标,然后得到C点做一条切线Fc(x);我们过切线Fc(x)的根点与原函数f(x)相切,得到另一个切点E,会发现,切线Fe(x)的根正在慢慢靠近原点,即我们所要求的,如此往复多次就得到了点J,已经很靠近了,由于时间关系这种重复性的事情计算机最在行,我就不再继续往下演示。
下面是求每条切线的根的过程
易求得:切线Fc(x)=f(xn)+f’(xn) * (x-xn);xn即为C点横坐标。
当 x = x(n+1)令Fc(x) = 0 ,即f(xn)+f’(xn) * (x-xn) = 0;可求得x(n+1) = xn - f(xn)/f’(xn);
这样就可以继续求下一条切线,然后继续求下一条切线的根,重复多次就可以得到一个点无限逼近与原函数的根点。

PS:能不能求得答案,初始点的选择很重要。
在这里插入图片描述
(3)无法使用此方法的例子

1.驻点
若初始点为驻地,则切线根本没有根,无法进行下一步计算,则求而不出答案。
在这里插入图片描述
2.越来越远离的不收敛
在这里插入图片描述
3.循环震荡不收敛
在这里插入图片描述
还有许多许多不一一列举。

4.牛顿-拉弗森方法的应用

比如求平方根:x^2=50 ,可以转为求 在这里插入图片描述 这个方程的根,就可以用牛顿-拉弗森方法求。求平方根用牛顿-拉弗森方法是安全的,没有我之前说的那么多坑。不过我看了有一些工程师写的代码,就有点滥用牛顿-拉弗森方法了,没有从数学角度进行更多的考虑。
数学的魅力就在于,哪怕18世纪就证明了五次及以上多项式方程没有根式解,随着时间的发展,这个证明并不会被推翻,不像技术一样会日新月异。所以牛顿-拉弗森方法仍然在计算机学科中被广泛使用。

这篇关于牛顿——拉弗森方法的理解的文章就介绍到这儿,希望我们推荐的文章对编程师们有所帮助!



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