第
一章 绪
论与误差
第一节 数
值
分
析
研
究
对
象
及
特
点
一、数值分析课的地位:
数值分析是计算数学的一个主要部分，计算数学是数学科学的一个分支。它研究用计算机求解各种数学问题的数值计算方法及其理论与软件实现。
用计算机解决科学技术和工程问题的步骤:
实际问题→建立数学模型→研究计算方法→程序设计→上机计算→求出结
果
。
例如:
⑴ 某一地区的地形图,用空中航测方法,空中连续拍照。
⑵ 为形成三维地形图,建立了一个大型超定线性方程组。
⑶ 采用最小二乘方法求解该方程组的最小二乘解, 然后再整体平滑。
⑷ 编程序,形成一个大型程序,上机进行计算。
二、数值分析课的主要内容:
计算机只能进行加减乘除四则运算和一些简单的函数计算(即使是函数也是通过数值分析方法处理,转化为四则运算而形成了的一个小型软件包)。
1.数值代数:
求解线性和非线性方程的解法, 分直接方法和间接方法。
2.插值和数值逼近。
3.数值微分和数值积分。
4.常微分方程和偏微分方程数值解法。
三、数值分析具有的特点
1. 面向计算机，要根据计算机的特点提供切实可行的有效算法,即算法只能包含加、减、乘、除和逻辑运算,这些运算是计算机能直接处理的运算。
2. 有可靠的理论分析，能任意逼近并达到精度要求，对近似算法要保证收敛性和数值稳定性，还要对误差进行分析。
3. 要有好的计算复杂性。时间复杂性好是指节省时间，空间复杂性好是指节省存储量，这也是建立算法要研究的问题,它关系到算法能否在计算机上实现。
4. 要有数值试验，即任何一个算法除了从理论上要满足上述三点外还要通过
数
值
试
验
证
明
是
行
之
有
效
的
。
四、对算法所要考虑的问题:
1. 计算速度
1 例如：求解一个20阶线性方程组,用加减消元法需3000次乘法运算,而用克莱姆法则要进行年
次运算,如用每秒1亿次乘法运算的计算机要30万
。
2. 存储量。 大型问题有必要考虑。
3. 数值稳定性。在大量计算中,舍入误差是积累还是能控制,这与数值稳定性
算
法
有
关
。
例 一元二次方程 其精确解为
如用求根公式:
以及字长为8位的计算器求解有：
则:,
那么: 的值与精确解有天壤之别。若改用:
因此, 算法的选用很重要。
五、学习本课程应注意的问题
(1) 要注意掌握方法的基本原理和思想,要注意方法处理的技巧其与计算机的结合，要重视误差分析、收敛性及稳定性的基本理论。
(2) 要通过例子，学习使用各种数值方法解决实际计算问题。 (3) 要做一定数量的理