数值分析
数值分析
1000+ 人选课
更新日期:2025/06/03
开课平台学银在线
开课高校哈尔滨工程大学
开课教师凌焕章沈艳廉春波
学科专业理学数学类
开课时间2025/02/24 - 2025/08/01
课程周期23 周
开课状态开课中
每周学时-
课程简介

《数值分析》是计算数学的一个分支,旨在研究如何使用数值方法来解决数学问题,特别是那些难以用解析方法求解的问题,通过对该课程的学习,让学生掌握数值计算方法的基本概念,数值求解数学问题的基本方法,并使得学生能够根据实际问题建立数学模型,然后提出相应的数值计算方法,编出程序在计算机上算出结果,从而培养学生解决实际问题的能力,促进学生生的科研创新能力的提高,为学生今后要进行的科研工作奠定数学基础。课程中涵盖的主要内容有:

(1)误差分析与稳定性:学习如何评估数值方法产生的误差,包括舍入误差、截断误差,并讨论数值方法的稳定性。

(2)插值法与函数逼近:学习如何使用多项式、三次样条等函数逼近和插值数据点,以便在数据点之间进行近似计算;如何利用大量数据进行函数逼近求解。

(3)数值积分和数值微分:探讨如何使用数值方法计算函数的积分和导数,包括复合数值积分、数值微分等。

(4)非线性方程求解:探讨使用迭代方法(如牛顿法、二分法)来寻找非线性方程的数值解。

(5)线性方程组求解:学习解决线性方程组的数值方法,如高斯消元法、LU分解、迭代法(雅可比、高斯-赛德尔等)。

(6)数值线性代数:深入研究数值线性代数问题,包括特征值、奇异值分解等。

(7)常微分方程数值解:学习使用数值方法求解常微分方程的初值问题和边界值问题,如欧拉方法、龙格-库塔方法等。

(8)数值方法的应用案例:介绍数值方法在科学、工程、船海等领域的实际应用案例(包括思政案例)。


课程大纲

预备知识与误差理论

  • 1.1 一些线性代数知识
  • 1.2 向量范数与矩阵范数
  • 1.3 误差理论
  • 1.4 章节测验

插值法

  • 2.1 插值问题与多项式插值
  • 2.2 拉格朗日插值方法
  • 2.3 差商与差分
  • 2.4 牛顿基本插值与前插公式
  • 2.5 两点三次Hermite插值
  • 2.6 待定系数与重节点差商
  • 2.7 龙格现象与分段低次插值
  • 2.8 三次样条插值
  • 2.9 章节测验

函数逼近与曲线拟合

  • 3.1 函数逼近与函数空间
  • 3.2 正交多项式
  • 3.3 Chebyshev正交多项式
  • 3.4 最佳平方逼近
  • 3.5 曲线拟合的最小二乘法
  • 3.6 章节测验

数值积分与数值微分

  • 4.1 数值积分基本概念
  • 4.2 Newton-Cotes公式
  • 4.3 复合求积技术
  • 4.4 Romberg积分
  • 4.5 Gauss型求积
  • 4.6 数值微分
  • 4.7 章节测验

非线性方程与方程组的迭代解法

  • 5.1 根的搜索
  • 5.2 压缩映像原理与不动点迭代
  • 5.3 牛顿迭代
  • 5.4 牛顿迭代变形
  • 5.5 重根迭代与迭代加速
  • 5.6 求解非线性方程组的迭代法
  • 5.7 章节测验

解线性方程组的直接法

  • 6.1 高斯消去法
  • 6.2 Doolittle分解
  • 6.3 追赶法与Cholesky分解
  • 6.4 矩阵条件数与病态方程组
  • 6.5 Household变换与QR分解
  • 6.6 章节测验

解线性方程组的迭代法

  • 7.1 迭代法的基本概念
  • 7.2 迭代法的收敛性
  • 7.3 共轭梯度法
  • 7.4 章节测验

矩阵特征值与特征向量的迭代算法

  • 8.1 特征值引言
  • 8.2 幂法迭代
  • 8.3 迭代加速与反幂法
  • 8.4 QR迭代
  • 8.5 章节测验

常微分方程的数值解法

  • 9.1 常微分方程问题引言
  • 9.2 常微分方程初值问题的一般方法
  • 9.3 常微分方程初值问题的高阶单步法
  • 9.4 算法的稳定性
  • 9.5 章节测验