Чисельні методи

Матеріал з Вікіпедії — вільної енциклопедії.
Перейти до: навігація, пошук

Чи́сельні ме́тоди — методи наближеного або точного розв'язування задач чистої або прикладної математики, які ґрунтуються на побудові послідовності дій над скінченною множиною чисел. Основні вимоги до чисельних методів, щоб вони були стійкими та збіжними.

Класи задач, що розв'язують за допомогою чисельних методів[ред.ред. код]

  • розв'язок лінійних та нелінійних рівнянь та їх систем
  • інтерполяція та апроксимація функцій
  • чисельне інтегрування та обчислення похідної
  • чисельний розв'язок диференціальних рівнянь та систем
  • чисельний розв'язок диференціальних рівнянь в частинних похідних та їх систем
  • чисельний розв'язок інтегральних рівнянь
  • задачі оптимізації

Стійкі та збіжні чисельні методи[ред.ред. код]

Чисельні методи називаються стійкими, якщо результати неперервно залежать від вхідних даних задачі або якщо похибка округлення, пов'язана з реалізацією чисельних методів на ЕОМ, залишається обмеженою при заданих межах зміни параметрів чисельних методів.

Чисельні методи називаються збіжними, якщо результати прямують до точного розв'язку задачі при прямуванні параметрів чисельних методів до певних граничних значень.

Основне питання теорії чисельних методів: отримання чисельних методів, які задовольняють вимоги високої точності, стійкості та економічності. Розробка чисельних методів, що задовольняють ці вимоги, є складною задачею оптимізації чисельних методів.

Основні види чисельних методів[ред.ред. код]

Статистична обробка експериментальних даних зазвичай ґрунтується на граничних теоремах теорії ймовірностей та вимагає обчислення оцінок в порівнянні з простими формулами. Однак для підвищення якості оцінок необхідна велика кількість даних, і обсяг обчислень може виявитися дуже великим. Тому чисельні методи тут націлені на скорочення обсягу обчислень при збереженні якості результатів. Найефективнішими чисельними методами в цій галузі є методи, які застосовують швидке перетворення Фур'є.

Для розв'язання задач апроксимації та обчислення функцій різних класів застосовують чисельні методи інтерполювання, найменших квадратів, ортогоналізації, врівноваження значень, умовної мінімізації та ін. Найактуальнішими є методи кусково многочленної та раціональної сплайнової апроксимації, а також адаптивної апроксимації та нелінійної за параметром апроксимації.

Чисельне інтегрування та диференціювання здійснюється на основі означення відповідних операцій, однак через необхідність економії обсягу обчислень та некоректність задачі диференціювання розроблено велику кількість чисельних методів для різних класів функцій та різного роду вихідних даних.

Основою чисельних методів розв'язання багатьох класів рівнянь є дискретизація задачі з наступним зведенням отриманих, загалом кажучи, нелінійних рівнянь до послідовності систем алгебраїчних рівнянь. У зв'язку з цим чисельні методи можна поділити за способом дискретизації на проекційні, скінченно-різницеві та проекційно-різницеві, а за способом розв'язання лінійної системи — на прямі, ітераційні та комбіновані методи.

Розв'язання різних класів рівнянь та багатьох інших задач зводиться до задач мінімізації функцій та функціоналів за наявності або відсутності обмежень. Чисельні методи розв'язання задач мінімізації випливають із різних ідей швидкого спуску поверхнею, яка відповідає мінімізованій функції. До них належать методи швидкого спуску, градієнтного, загального градієнтного та найшвидшого спуску, методів можливих та спряжених напрямів і т. д.

Див. також[ред.ред. код]

Обчислювальна математика

Література[ред.ред. код]

  • Методы вычислений на ЭВМ: Справочное пособие/ Иванов В. В. — Киев: Наук. думка, 1986. — 564 с.