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  • [2018.12.18]高斯消元

    Luogu模板题

    其实并没有想象中那么复杂。

    就是一个简单的解方程过程。

    众所周知,(n)不等价的(n)元一次方程可以确定一组解(或者确定方程无解)。

    高斯消元就是为了求得这组解。

    以一个四元一次方程组

    (2x_1+x_2-5x_3+2x_4=12)

    (-2x_1-x_2+x_3+x_4=14)

    (x_1+6x_2-3x_3+x_4=20)

    (3x_1+x_2+4x_3-7x_4=21)

    为例。

    方便操作,我们将系数放入矩阵,常数项放在这个矩阵右侧。

    (left[ egin{array}{cccc} 2 & 1 & -5 & 2\-2 & -1 & 1 & 1\1 & 6 & -3 & 1\3 & 1 & 1 & -1\ end{array} ight])(left[ egin{array}{c}12\14\20\21end{array} ight])

    首先,我们用第1行使后3行的第1个系数为0。

    对于第2行,我们直接把它加上第1行;

    对于第3行,我们把它加上第1行的(-frac{1}{2})倍;

    对于第4行,我们把它加上第1行的(-frac{3}{2})倍;

    于是我们得到了

    (left[ egin{array}{cccc} 2 & 1 & -5 & 2\0 & 0 & -4 & 3\0 & frac{11}{2} & -frac{1}{2} & 0\0 & -frac{1}{2} & frac{17}{2} & -4\ end{array} ight])(left[ egin{array}{c}12\26\14\3end{array} ight])

    然后,我们用第2行使后2行的第2个系数为0。

    但是我们发现第2行第2个系数本身为0。

    这时我们要交换它和之后某一第2个系数不为0的行,如果不存在则方程无解/有无数组解。

    因为第3行难算我们交换第2,4行,得到

    (left[ egin{array}{cccc} 2 & 1 & -5 & 2\0 & -frac{1}{2} & frac{17}{2} & -4\0 & frac{11}{2} & -frac{1}{2} & 0\0 & 0 & -4 & 3\ end{array} ight])(left[ egin{array}{c}12\3\14\26end{array} ight])

    然后正常工作,矩阵变为

    (left[ egin{array}{cccc}2&1&-5&2\0&-frac{1}{2}&frac{17}{2}&-4\0&0&93&-44\0&0&-4&3end{array} ight])(left[ egin{array}{c}12\3\47\26end{array} ight])

    数没选好的后果即将出现

    然后用第3行使最后一行的第3个系数变为0。

    然后为了方便计算(没方便到哪里去),交换第3,4行。

    (left[ egin{array}{cccc}2&1&-5&2\0&-frac{1}{2}&frac{17}{2}&-4\0&0&-4&3\0&0&93&-44end{array} ight])(left[ egin{array}{c}12\3\26\47end{array} ight])

    然后...

    (left[ egin{array}{cccc}2&1&-5&2\0&-frac{1}{2}&frac{17}{2}&-4\0&0&-4&3\0&0&0&frac{147}{4}end{array} ight])(left[ egin{array}{c}12\3\26\frac{1303}{2}end{array} ight])

    好在我们结束了解方程。

    根据第4行,我们知道了(x_4=frac{2606}{147});

    知道了(x_4),根据第3行,我们知道了(x_3);

    知道了(x_3,x_4),根据第3行,我们知道了(x_2);

    知道了(x_2,x_3,x_4),根据第3行,我们知道了(x_1)

    由于太难算已放弃

    解完了。

    模板题代码:

    #include<bits/stdc++.h>
    using namespace std;
    struct equation{
    	double n[110],x;
    }e[110];
    int n;
    double ans[110];
    void Work(int x,int y){
    	double v=-e[y].n[x]/e[x].n[x];
    	for(int i=1;i<=n;i++)e[y].n[i]+=e[x].n[i]*v;
    	e[y].x+=e[x].x*v;
    }
    void Solve(){
    	for(int i=1;i<=n;i++){
    		for(int j=i;j<=n;j++){
    			if(e[j].n[i]){
    				swap(e[j],e[i]);
    				break;
    			}
    		}
    		if(!e[i].n[i])puts("No Solution"),exit(0);
    		for(int j=i+1;j<=n;j++)Work(i,j);
    	}
    	ans[n]=e[n].x/e[n].n[n];
    	double k=0;
    	for(int i=n;i>=1;i--,k=0){
    		for(int j=i+1;j<=n;j++)k+=ans[j]*e[i].n[j];
    		ans[i]=(e[i].x-k)/e[i].n[i];
    	}
    }
    int main(){
    	scanf("%d",&n);
    	for(int i=1;i<=n;i++){
    		for(int j=1;j<=n;j++)scanf("%lf",&e[i].n[j]);
    		scanf("%lf",&e[i].x);
    	}
    	Solve();
    	for(int i=1;i<=n;i++)printf("%.2lf
    ",ans[i]);
    	return 0;
    }
    

    练习题:

    [JSOI2008]球形空间产生器

    ->Luogu

    ->BZOJ

    ->题解

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  • 原文地址:https://www.cnblogs.com/xryjr233/p/10537227.html
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