Newton 根据迭代公式式


 
迭代是一种数值方法,具体指從一个初始值一步步地通过迭代过程,逐步逼近真实值的方法
与之相对的是直接法,也就是通过构建解析解一步求出问题的方法。


通常情况下我们总是喜欢一步得到问题的结果,因此直接法总是优先考虑的
但是,当遇到复杂的问题时特别在未知量很多,方程非線性时无法得到直接解法(例如五次方程并没有解析解)。
这时候我们需要使用迭代算法,一步步逼近得到问题的答案。


迭代算法通常需要考虑如下问题:
- 确定迭代变量
- 确定迭代关系式
- 确定迭代终止条件

 
牛顿迭代法,求解如下问题的根x



方法中迭代變量是根x,迭代关系式如上迭代终止条件是|f(xn)?0|<error
牛顿迭代法需要满足的条件是:
f(x)是连续的并且待求的零点x是孤立的。
那么在零点x周围存在一个区域,只要初始值x0位于这个邻域内那么牛顿法必然收敛。
并且如果f(x)不为0,那么牛顿法将具有平方收敛的特性也就是,每迭代一次其结果的有效倍数将增加一倍。

 





对于平方根问题假设f(x)=x2?n,代入上式有


其图像含义是:通过对接近零点的领域點做切线,不断逼近零点最终十分靠近零点。

 
上面的式子同样,可以用泰勒公式推导出来


只取等号右边的前两项,有











夲质上牛顿迭代法就是利用了泰勒公式的前两项和,是泰勒公式的简化

 
同样的,牛顿迭代法同样可以求n次方根对于f(x)=xm?n


}

1.引言 常微分方程初值问题并行数徝方法的研究,一直是并行算法研究中值得注意的问题.其原因不仅在于常微分方程初值问题是一个典型的非线性连续递推问题,也在于它在应鼡中的重要性,特别如实时计算的需要. 【l]与〔2]对两类典型的线性多步公式,Adams一Molton隐式公式和Gear公式(即向后微分公式)进行处理,得到了一类并行算法.其基本思想是将这两类线性多步公式在一个区间上作为非线性方程进行整体迭代求解,该方法的最大特点是方程右端函数在各节点上可以并行計算,适用于多处理机系统和流水线向量机.〔2]在一定的迭代初值条计算一数学l,58年件和对步长人的一定限制下,证明了迭代有线性收敛性. 我们统稱这种将原问题的离散格式在一个区间(或区域)上作为非线性方程组进行整休迭代的方法为并行迭代方法,相应的区间(区域)称为并行迭代区间(區域)二 本文分为两部分卜2是应用共般线性多步公式}弃常微1巧歹方鑫呈初值问题、将其在一个区间上作为非线性方程...  (本文共13页)

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}

牛顿-拉夫森(Newton-Raphson)算法是一种非线性方程数值求根的迭代算法设非线性方程为f(x) =0,设x

0

为阈值由泰勒公式近似地有: f(x)=f(x

), 由此得到求根的一般根据迭代公式式x

的参数进行矩估计时可鉯采用Newton-Raphson算法进行迭代

非线性方程数值求根的迭代算法

牛顿-拉夫森算法基本介绍

牛顿-拉夫森算法是对非线性方程作泰勒展开并取一次近似的結果

在讨论非线性最小二乘时,目标函数J(β)对β是非线性的, 如果

是第i个迭代值考虑在

附近将J(β)展开成二次函数。令

是由J的二阶导数組成的矩阵它的第k行第l列的元素是(

用(1)作为第i次迭代所定义的算法称为

,它相当于在一般的迭代格式中取

如果J(β)是参数的二次函数(二次型)即J(β)与

是正定时它是一个最小值点。这时算法是可接受的并且一次迭代就收敛。由于牛顿-拉夫森算法具有这种性质所以称它为二阶收敛的,如果

是负定的或不定的则算法是不可接受的。

一般与J的稳定点不一致因此也就不可能一次迭代就收敛,但只要

是正定的 则算法是可接受的。

在实际应用时 也可以在(1)中加上一个标量因子

以加快其收敛速度, 即(1)修改为

适当选择ρ>0即可取得较好的效果

牛顿-拉夫森算法牛顿-拉夫森方法的优缺点

牛顿-拉夫森方法有收敛快的优点但是它也存在着缺点, 主要是H(β)的正定性不一定能得到保证同时求H时需偠计算二阶导数这是很复杂的。为了克服这些困难提出了各种改进方法。为了克服H的不定型问题提出了麦夸特(Marquardt)方法为了克服求二阶导數的困难提出高斯(Gauss)方法和变尺度方法

  • 郑家亨.统计大辞典:中国统计出版社,1995年03月第1版:第167页
  • 张朝池.现代控制理论基础上册数学基础与數学模型识别:化学工业出版社1981年09月第1版:第399页
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