1.数值计算方法
数值计算方法是研究使用计算机求解各种数学问题的方法、理论及其软件实现的一个数学分支。其基本内容是构造求解科学与工程领域的各种数学问题的数值算法,研究算法的数学机理,对求得或将要求得的解的精度进行估计,通过编程和上机实现算法求得结果,分析数值结果的误差,并与相应的理论结果和可能的实验数据对比印证。
2.误差
数值计算通常是近似计算,实际结果与理论结果之间存在误差。误差按照来源可分为模型误差、观测误差、截断误差和舍人误差四类。
1)截断误差与舍人误差
数学模型的**解与数值方法的近似解之间的差异称为截断误差,由于截断误差是方法固有的,所以也称为方法误差。
由于计算机的字长有限,原始数据以及计算过程中的数据在计算机上都只能按照一定的舍入规则保留有限位,由此产生的误差称为舍入误差。
数值计算方法中总是假定数学模型是准确的,因而不考虑模型误差和观测误差,主要研究截断误差和舍入误差对计算结果的影响。
2)**误差与**误差限
定义1-1 设x为准确值,x*为x的一个近似值,称E0(x)=x*-x
3.有效数字
定义1-3 设x为准确值,x*为x的一个近似值,如果x*的**误差限不超过它的某一数位的半个单位,并且从x*左起**个非零数字到该数位共有n位,则称这n个数字为x*的有效数字,也称用x*近似x时具有n位有效数字。
4.算法的数值稳定性
定义1-5 由基本运算和运算顺序的规则所构成的完整的解题步骤称为算法。
定义1-6 如果一个算法在执行过程中舍入误差在一定条件下能够得到有效控制,即初始误差和计算过程中的舍入误差不影响产生可靠的结果,则称这个算法是数值稳定的;否则,若出现与数值稳定相反的情况,就称此算法是数值不稳定的。
5.数值算法设计的基本原则
(1)通过简化计算步骤减少运算次数。
(2)避免两个相近的数相减。
(3)避免除数**值远远小于被除数**值的除法。
(4)防止大数“吃掉”小数。
(5)尽量采用数值稳定性好的算法。
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