《電腦程式的構造和解釋》學習筆記 數值積分

2021-06-29 03:28:06 字數 1594 閱讀 3565

一、數值分析

數值分析(英語:numerical analysis),是指在數學分析(區別於離散數學)問題中,對使用數值近似(相對於一般化的符號運算)演演算法的研究。

(參考:數值分析)

研究領域:

1.函式求值

2.內插法、外推法、曲線擬合及回歸

3.求解方程及方程組

4.求解特徵值或奇異值問題

5.最優化

6.積分計算

7.微分方程

二、數值積分

在數值分析中,數值積分是計算定積分數值的方法和理論。在數學分析中,給定函式的定積分的計算不總是可行的。許多定積分不能用已知的積分公式得到精確值。數值積分是利用黎曼積分等數學定義,用數值逼近的方法近似計算給定的定積分值。

(參考:數值積分)

三、數值積分方法:

矩形法:(黎曼積分,計算一維定積分近似值)

lisp實現(中矩形公式):

(define (sum term a next b)

(if (> a b)

0(+ (term a) (sum term (next a) next b))))

(define (integral f a b dx)

(define (integral-next x)

(+ x dx))

(* (sum f (+ a (/ dx 2.0)) integral-next b) dx))

插值法:

拉格朗日差值公式(%e6%8b%89%e6%a0%bc%e6%9c%97%e6%97%a5%e6%8f%92%e5%80%bc%e6%b3%95)

牛頓-寇次公式:%e7%89%9b%e9%a0%93%ef%bc%8d%e5%af%87%e6%ac%a1%e5%85%ac%e5%bc%8f

拓展實現:辛普森法則;梯形法則。

梯形法則:(可lisp實現)

思想:被積函式近似為直線函式,被積的部分近似為梯形。

(求解多個梯形面積和)

(利用梯形面積推導)

辛普森法則:(可lisp實現)

思想:被積函式近似為過中點的二次函式。(以二次曲線逼近的方式取代矩形或梯形積分公式,以求得定積分的數值近似解。)

(利用二次函式積分推導)

(define (integral-v3 f a b n) 

(define (integral-inner f a b k n)

(define (pre-fix x)

(cond ((= x 0) 1)

((= x n) 1)

((even? x) 2)

(else 4)))

(if (or (> a b) (> k n))

0(+ (* (/ (/ (- b a) n) 3.0)

(pre-fix k)

(f (+ a (* k (/ (- b a) n)))))

(integral-inner f a b (+ k 1) n))))

(integral-inner f a b 0 n))

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