Gauss-Seidel迭代算法的Python实现详解
importnumpyasnp importtime
1.1Gauss-Seidel迭代算法
defGaussSeidel_tensor_V2(A,b,Delta,m,n,M):
start=time.perf_counter()
find=0
X=np.ones(n)
d=np.ones(n)
m1=m-1
m2=2-m
foriinrange(M):
print('X',X)
x=np.copy(X)
#迭代更新
forjinrange(n):
a=np.copy(A)
forkinrange(m-2):
a=np.dot(a,x)
forkinrange(n):
d[k]=a[k,k]
a[k,k]=m2*a[k,k]
x[j]=(b[j]-np.dot(a[j],x))/(m1*d[j])
#判断是否满足精度要求
ifnp.max(np.fabs(X-x))
1.2张量A的生成函数和向量b的生成函数：
defCreat_A(m,n):#生成张量A
size=np.full(m,n)
X=np.ones(n)
while1:
#随机生成给定形状的张量A
A=np.random.randint(-49,50,size=size)
#判断Dx**(m-2)是否非奇异，如果是，则满足要求，跳出循环
D=np.copy(A)
fori1inrange(n):
fori2inrange(n):
ifi1!=i2:
D[i1,i2]=0
foriinrange(m-2):
D=np.dot(D,X)
det=np.linalg.det(D)
ifdet!=0:
break
#将A的对角面张量扩大十倍，使对角面占优
fori1inrange(n):
fori2inrange(n):
ifi1==i2:
A[i1,i2]=A[i1,i2]*10
print('A:')
print(A)
returnA
#由A和给定的X根据Ax**(m-1)=b生成向量b
defCreat_b(A,X,m):
a=np.copy(A)
foriinrange(m-1):
a=np.dot(a,X)
print('b:')
print(a)
returna
1.3对称张量S的生成函数：
defCreat_S(m,n):#生成对称张量B
size=np.full(m,n)
S=np.zeros(size)
print('S',S)
foriinrange(4):
#生成n为向量a
a=np.random.random(n)*np.random.randint(-5,6)
b=np.copy(a)
#对a进行m-1次外积，得到秩1对称张量b
forjinrange(m-1):
b=outer(b,a)
#将不同的b叠加得到低秩对称张量S
S=S+b
print('S:')
print(S)
returnS
defouter(a,b):
c=[]
foriinb:
c.append(i*a)
returnnp.array(c)
returna
1.4实验二
deftest_2():
Delta=0.01#精度
m=3#A的阶数
n=3#A的维数
M=200#最大迭代步数
X_real=np.array([2,3,4])
A=Creat_A(m,n)
b=Creat_b(A,X_real,m)
GaussSeidel_tensor_V2(A,b,Delta,m,n)
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