数值计算中的误差 |
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1、数值计算方法:是研究解数学问题(数学模型)近似解的方法、过程及其理论的一个数学分支,由于所研究的数学问题往往来源于科学研究与工程计算问题,故数值计算方法也称为也称为科学计算方法。数值计算与模拟已成为与理论研究、科学实验同样重要和有效的第三种手段。 2、误差:实际问题的精确解与数值计算所得到的近似解之间的差别。在科学计算中误差不可避免,用数学方法解决实际问题时,通常按照以下过程进行,实际问题(抽象简化)——>数学模型(数值计算)——>问题近似解。 3、误差的类型: 模型误差——实际问题的解与数学模型的解之差;观测误差——对于数学问题中所出现的一些参量,观测不可能绝对准确;截断误差——一般问题通常难以求出精确解,需要简化为较易求解的问题,以简化问题的解作为原问题解的近似。比如求一个收敛的无穷级数之和,总是用它的部分和作为近似值,截去该级数后面的无穷多项;舍入误差——在计算的过程中往往要对数字进行舍入,如受机器字长的限制,无穷小数和位数很多的数必须舍入成一定的位数。4、绝对误差:设x* 准确值的一个近似值,称e( x* ) = x - x* 为近似值x* 的绝对误差,简称误差。估计出的误差绝对值的一个上界ε称为近似值x* 的绝对误差限,简称误差限,满足公式 | e(x* ) | = | x - x* | ≤ ε。并且误差限并不唯一。 5、相对误差:设x* 准确值的一个近似值,称绝对误差与准确值之比为近似值x* 为近似值x* 的相对误差,记为
6、有效数字:是近似值的一种表示方法,既能表示近似值的大小,又能表示其精度。如果近似值x*的误差限是1/2 x 10 -n,则称 x* 准确到小数点后第n位,并从第一个非零数字到到这一位的所有数字均成为有效数字。一般的,如果近似值x * 的规格化形式为 7、定理1.1—— 9、算法的数值稳定性:对于同一数学问题,使用的算法不同,效果也大不相同,称计算过程中舍入误差不增长的算法具有数值稳定性,否则就是数值不稳定的,选用数值稳定性好的算法才能求得比较准确的结果。 10、数值计算中应注意的问题: 避免两个相近的数相减——当两个数x、y很接近时,u=x-y的相对误差很大,有效数字位数将严重丢失;避免大数“吞掉”小数——采用由小到大的运算过程;避免除数的绝对值远小于被除数的绝对值;简化计算,减少运算次数,提高效率——比如计算多项式时改写成下式只需做n次乘法和n次加法;![]() |
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