牛顿迭代法 求方程根

时间:2023-01-07 20:13:59

牛顿迭代法

 

 

牛顿迭代法(Newton's method)又称为牛顿-拉夫逊方法(Newton-Raphson method),它是牛顿在17世纪提出的一种在实数域和复数域上近似求解方程的方法。多数方程不存在求根公式,因此求精确根非常困难,甚至不可能,从而寻找方程的近似根就显得特别重要。

方法使用函数f(x)的泰勒级数的前面几项来寻找方程f(x) = 0的根。牛顿迭代法是求方程根的重要方法之一,其最大优点是在方程f(x) = 0的单根附近具有平方收敛,而且该法还可以用来求方程的重根、复根,此时线性收敛,但是可通过一些方法变成超线性收敛。另外该方法广泛用于计算机编程中。

 

计算公式

设r是f(x) = 0的根,选取x0作为r初始近似值,过点(x0,f(x0))做曲线y = f(x)的切线L,L的方程为y = f(x0)+f'(x0)(x-x0),求出L与x轴交点的横坐标 x1 = x0-f(x0)/f'(x0),称x1为r的一次近似值。过点(x1,f(x1))做曲线y = f(x)的切线,并求该切线与x轴交点的横坐标 x2 = x1-f(x1)/f'(x1),称x2为r的二次近似值。重复以上过程,得r的近似值序列,其中x(n+1)=x(n)-f(x(n))/f'(x(n)),称为r的n+1次近似值,上式称为牛顿迭代公式

解非线性方程f(x)=0的牛顿法是把非线性方程线性化的一种近似方法。把f(x)在x0点附近展开成泰勒级数 f(x) = f(x0)+(x-x0)f'(x0)+(x-x0)^2*f''(x0)/2! +… 取其线性部分,作为非线性方程f(x) = 0的近似方程,即泰勒展开的前两项,则有f(x0)+f'(x0)(x-x0)=0 设f'(x0)≠0则其解为x1=x0-f(x0)/f'(x0) 这样,得到牛顿法的一个迭代序列:x(n+1)=x(n)-f(x(n))/f'(x(n))。

已经证明,如果是连续的,并且待求的零点是孤立的,那么在零点周围存在一个区域,只要初始值位于这个邻近区域内,那么牛顿法必定收敛。 并且,如果不为0, 那么牛顿法将具有平方收敛的性能. 粗略的说,这意味着每迭代一次,牛顿法结果的有效数字将增加一倍。

牛顿迭代法 求方程根

 

例题:华为OJ

求解立方根

题目描述

•计算一个数字的立方根,不使用库函数

详细描述:

•接口说明

原型:

public static double getCubeRoot(double input)

输入:double 待求解参数

返回值:double  输入参数的立方根

 


输入描述:

待求解参数 double类型



输出描述:

输入参数的立方根 也是double类型


输入例子:
216

输出例子:
6.0


 1 #include "iostream"
2 #include "string"
3 #include "vector"
4 #include "algorithm"
5 #define E 0.005
6
7 using namespace std;
8
9 double getCubeRoot(double num)
10 {
11 double x0, x1;
12 x0 = num;
13 x1 = x0 - (x0*x0*x0 - num) / (2 * x0*x0);
14 while (x1 - x0 > E || x1 - x0 < -E)
15 {
16 x0 = x1;
17 x1 = x0 - (x0*x0*x0 - num) / (2 * x0*x0);
18
19 }
20 return x1;
21
22 }
23
24 int main()
25 {
26 double n;
27 cin >> n;
28 cout<<getCubeRoot(n);
29
30 }