Национальный цифровой ресурс Руконт - межотраслевая электронная библиотека (ЭБС) на базе технологии Контекстум (всего произведений: 634620)
Контекстум
.

Достоверные вычисления. Базовые численнные методы (150,00 руб.)

0   0
АвторыКулиш У. , Рац Д. , Хаммер Р. , Хокс М. , Крейнович В. Я., Соболевский А. Н., Яковлев А. Г.
ИздательствоРегулярная и хаотическая динамика
Страниц495
ID301511
АннотацияКнига представляет собой учебник по базовым методам вычислительной математики, подготовленный университетскими преподавателями из Германии. В отличие от других подобных изданий, все численные методы излагаются в варианте с автоматической верификацией точности получаемых результатов. Для каждого метода приводятся его математическое обоснование, описание алгоритма и полный текст соответствующей программы. Все программы записаны на специально разработанном для реализации подобных методов языке программирования PASCAL-XSC, полное руководство по которому предполагается опубликовать 3-м изданием в серии «Компьютерные математические вычисления». В книгу вошли описания численных методов для решения следующих задач: вычисление полиномов, автоматическое дифференцирование функций одной и нескольких переменных, решение линейных и нелинейных уравнений и систем, глобальная оптимизация, вычисление арифметических выражений, нахождение нулей комплексных полиномов, линейное программирование. Учебник ранее издавался на немецком и английском языках. Русское издание дополнено информацией о новейших достижениях в данной области.
Кому рекомендованоДля преподавателей, аспирантов и студентов вузов, научных работников и инженеров.
ISBN5-93972-440-X-- (рус.)
УДК519.6
ББК22.19
Достоверные вычисления. Базовые численнные методы = Numerical Toolbox for Verified Computing I: Basic Numerical Problems : [учебник] / У. Кулиш, Д. Рац, Р. Хаммер, М. Хокс; ред.: В.Я. Крейнович [и др.] .— Ижевск : Регулярная и хаотическая динамика, 2005 .— 495 с. — (Компьютерные математические вычисления) .— Пер. на рус. яз. — ISBN 0-387-57118-3-- (англ.) .— ISBN 3-540-57118-3-- (англ.) .— ISBN 5-93972-440-X-- (рус.) .— URL: https://rucont.ru/efd/301511 (дата обращения: 19.04.2024)

Предпросмотр (выдержки из произведения)

В отличие от других подобных изданий, все численные методы излагаются в варианте с автоматической верификацией точности получаемых результатов. <...> В книгу вошли описания численных методов для решения следующих задач: вычисление полиномов, автоматическое дифференцирование функций одной и нескольких переменных, решение линейных и нелинейных уравнений и систем, глобальная оптимизация, вычисление арифметических выражений, нахождение нулей комплексных полиномов, линейное программирование. <...> На сегодняшний день интервальные вычисления имеют уже достаточно богатую историю. <...> Кроме того, такой способ реализации приводил к значительному (до двух порядков) замедлению выполнения программы по сравнению с обычными вычислениями с плавающей точкой. <...> За 70–90-е гг. было разработано (преимущественно в Германии и Швейцарии) целое семейство таких языков: FORTRAN-SC и -XSC, PASCAL-SC и -XSC, MODULA-SC, OBERON-XSC. <...> Объединяют такие системы следующие особенности: строгая спецификация точности всех численных операций, включая вычисление элементарных функций (причем специфицируемая точность обычно является предельно достижимой для данной операции), возможность выполнить любую арифметическую операцию над числами с плавающей точкой с направленным округлением или округлением к ближайшему машинно-представимому числу, наличие предопределенных интервальных типов данных и операций над ними (включая комплексно-интервальные и векторно-матричные), возможность записывать арифметические и логические выражения над переменными определенных пользователем типов в традиционной (инфиксной) форме, ввод-вывод чисел с управляемым округлением, возможность вычисления с наивысшей достижимой точностью выражений типа скалярного произведения и некоторые другие, менее существенные свойства. <...> . На аппаратном уровне SC-языки могут быть поддержаны как специальными процессорами, так и любыми процессорами, следующими известному стандарту на арифметику <...>
Достоверные_вычисления._Базовые_численнные_методы.pdf
Стр.4
Стр.490
Стр.491
Стр.492
Стр.493
Стр.494
Достоверные_вычисления._Базовые_численнные_методы.pdf
УДК 519.6 ББК 22.19 К90 Кулиш У., Рац Д., Хаммер Р., Хокс М. Достоверные вычисления. Базовые численные методы / Пер. с англ. — Москва–Ижевск: НИЦ «Регулярная и хаотическая динамика», 2005. — 496 с. — (Компьютерные математические вычисления). Книга представляет собой учебник по базовым методам вычислительной математики, подготовленный университетскими преподавателями из Германии. В отличие от других подобных изданий, все численные методы излагаются в варианте с автоматической верификацией точности получаемых результатов. Для каждого метода приводятся его математическое обоснование, описание алгоритма и полный текст соответствующей программы. Все программы записаны на специально разработанном для реализации подобных методов языке программирования PASCAL-XSC, полное руководство по которому предполагается опубликовать 3-м изданием в серии «Компьютерные математические вычисления». В книгу вошли описания численных методов для решения следующих задач: вычисление полиномов, автоматическое дифференцирование функций одной и нескольких переменных, решение линейных и нелинейных уравнений и систем, глобальная оптимизация, вычисление арифметических выражений, нахождение нулей комплексных полиномов, линейное программирование. Учебник ранее издавался на немецком и английском языках. Русское издание дополнено информацией о новейших достижениях в данной области. Для преподавателей, аспирантов и студентов вузов, научных работников и инженеров. ISBN 5-93972-440-X (рус.) ISBN 3-540-57118-3 (англ.) ISBN 0-387-57118-3 (англ.) http://rcd.ru http://ics.org.ru - Перевод на русский язык с дополнениями, А. Г. Яковлев, 2005 - НИЦ «Регулярная и хаотическая динамика», 2005 c - Springer-Verlag, Berlin-Heidelberg, 1993 c c
Стр.4
Оглавление Достоверные вычисления и их компьютерная реализация. В.Я.Крейнович, А. Н.Соболевсий, А. Г.Яковлев Предисловие 1 Введение 5 23 27 1.1 Краткий обзор ... .. ... .. .. ... .. .. ... .. .. 28 1.2 Структура книги .. .. ... .. .. ... .. .. ... .. .. 28 1.3 Шрифтовые выделения .. .. .. ... .. .. ... .. .. 29 1.4 Запись алгоритмов .. ... .. .. ... .. .. ... .. .. 30 1.5 Реализация .. ... .. ... .. .. ... .. .. ... .. .. 32 1.6 Вычислительное окружение . .. ... .. .. ... .. .. 33 1.7 Зачем нужна верификация результатов вычислений . . 34 1.7.1 Краткая история методов вычислений ... .. .. 35 1.7.2 Арифметические вычисления на компьютере . . 36 1.7.3 Расширение стандартной арифметики чисел с плавающей точкой ... .. .. ... .. .. 38 1.7.4 Научные и инженерные вычисления с автоматической верификацией результатов .. 41 1.7.5 Проверка корректности программ и верификация результатов вычислений .. .. . 46 I Основные понятия 2Особенности PASCAL–XSC 49 50 2.1 Предопределенные типы . .. .. ... .. .. ... .. .. 51 2.2 Универсализация описания операций... .. .. ... .. .. 55 2.3 Совмещение знаков операций... . ... .. .. ... .. .. 57 2.4 Модульность . ... .. ... .. .. ... .. .. ... .. .. 58
Стр.490
Оглавление 491 2.5 Динамические массивы и подмассивы .. .. ... .. .. 60 2.6 Преобразование данных .. .. .. ... .. .. ... .. .. 62 2.7 Высокоточные выражения (#-выражения) . ... .. .. 64 2.8 Строки. .. .. ... .. ... .. .. ... .. .. ... .. .. 65 2.9 Предопределенные арифметические модули ... .. .. 66 2.10 Почему мы выбрали PASCAL–XSC .. .. .. ... .. .. 68 3 Математические основы 69 3.1 Вещественная интервальная арифметика .. ... .. .. 69 3.2 Комплексная интервальная арифметика . .. ... .. .. 80 3.3 Обобщенная интервальная арифметика . .. ... .. .. 83 3.4 Интервальные векторы и матрицы .. .. .. ... .. .. 85 3.5 Арифметика чисел с плавающей точкой . .. ... .. .. 87 3.6 Машинная интервальная арифметика .. .. ... .. .. 90 3.7 Проблема преобразования данных .. .. .. ... .. .. 93 3.8 Основы верификации вычислений .. .. .. ... .. .. 98 II Одномерные задачи 4 Вычисление полиномов 105 106 4.1 Теоретические основы ... .. .. ... .. .. ... .. .. 107 4.1.1 Постановка задачи . .. .. ... .. .. ... .. .. 107 4.1.2 Итерационный метод решения . .. .. ... .. .. 107 4.2 Алгоритмическое описание .. .. ... .. .. ... .. .. 110 4.3 Реализация и примеры ... .. .. ... .. .. ... .. .. 111 4.3.1 Программный код на PASCAL–XSC . ... .. .. 111 4.3.2 Примеры .. .. ... .. .. ... .. .. ... .. .. 116 4.3.3 Предостережения и указания . .. .. ... .. .. 120 4.4 Упражнения .. ... .. ... .. .. ... .. .. ... .. .. 120 4.5 Литература для дальнейшего чтения . .. .. ... .. .. 121 5 Автоматическое дифференцирование 122 5.1 Теоретические основы ... .. .. ... .. .. ... .. .. 123 5.2 Алгоритмическое описание .. .. ... .. .. ... .. .. 125 5.3 Реализация и примеры ... .. .. ... .. .. ... .. .. 128 5.3.1 Программный код на PASCAL–XSC . ... .. .. 128 5.3.2 Примеры .. .. ... .. .. ... .. .. ... .. .. 141 5.3.3 Предостережения и указания . .. .. ... .. .. 144 5.4 Упражнения .. ... .. ... .. .. ... .. .. ... .. .. 145 5.5 Литература для дальнейшего чтения . .. .. ... .. .. 145
Стр.491
492 6 Нелинейные уравнения с одним неизвестным Оглавление 147 6.1 Теоретические основы ... .. .. ... .. .. ... .. .. 148 6.2 Алгоритмическое описание .. .. ... .. .. ... .. .. 151 6.3 Реализация и примеры ... .. .. ... .. .. ... .. .. 155 6.3.1 Программный код на PASCAL-XSC .. ... .. .. 155 6.3.2 Пример ... .. ... .. .. ... .. .. ... .. .. 166 6.3.3 Предостережения и указания . .. .. ... .. .. 169 6.4 Упражнения .. ... .. ... .. .. ... .. .. ... .. .. 170 6.5 Литература для дальнейшего чтения . .. .. ... .. .. 171 7 Глобальная оптимизация 172 7.1 Теоретические основы ... .. .. ... .. .. ... .. .. 173 7.1.1 Проверка значения в средней точке . ... .. .. 173 7.1.2 Проверка на монотонность ... .. .. ... .. .. 175 7.1.3 Проверка на вогнутость .. ... .. .. ... .. .. 176 7.1.4 Шаг интервального метода Ньютона . ... .. .. 177 7.1.5 Верификация .. ... .. .. ... .. .. ... .. .. 178 7.2 Алгоритмическое описание .. .. ... .. .. ... .. .. 179 7.3 Реализация и примеры ... .. .. ... .. .. ... .. .. 185 7.3.1 Программный код на PASCAL–XSC . ... .. .. 185 7.3.2 Примеры .. .. ... .. .. ... .. .. ... .. .. 198 7.3.3 Предостережения и указания . .. .. ... .. .. 202 7.4 Упражнения .. ... .. ... .. .. ... .. .. ... .. .. 203 7.5 Литература для дальнейшего чтения . .. .. ... .. .. 205 8 Вычисление арифметических выражений 207 8.1 Теоретические основы ... .. .. ... .. .. ... .. .. 207 8.1.1 Нелинейный подход .. .. ... .. .. ... .. .. 208 8.2 Алгоритмическое описание .. .. ... .. .. ... .. .. 211 8.3 Реализация и примеры ... .. .. ... .. .. ... .. .. 216 8.3.1 Программный код на PASCAL-XSC .. ... .. .. 216 8.3.2 Примеры .. .. ... .. .. ... .. .. ... .. .. 228 8.3.3 Ограничения, указания и усовершенствования . 232 8.4 Упражнения .. ... .. ... .. .. ... .. .. ... .. .. 233 8.5 Литература для дальнейшего чтения . .. .. ... .. .. 234 9 Нули комплексных полиномов 237 9.1 Теоретические основы ... .. .. ... .. .. ... .. .. 237 9.1.1 Постановка задачи . .. .. ... .. .. ... .. .. 237 9.1.2 Итерационный подход . .. ... .. .. ... .. .. 238 9.2 Алгоритмическое описание .. .. ... .. .. ... .. .. 243 9.3 Реализация и примеры ... .. .. ... .. .. ... .. .. 248
Стр.492
Оглавление 493 9.3.1 Программный код на PASCAL-XSC .. ... .. .. 248 9.3.2 Пример ... .. ... .. .. ... .. .. ... .. .. 259 9.3.3 Предостережения и указания . .. .. ... .. .. 262 9.4 Упражнения .. ... .. ... .. .. ... .. .. ... .. .. 262 9.5 Литература для дальнейшего чтения . .. .. ... .. .. 263 III Многомерные задачи 10 Системы линейных уравнений 265 266 10.1 Предварительные теоретические сведения .. .. ... .. ... .. .. ... .. .. ... .. .. 266 10.1.1 Метод ньютоновского типа ... .. .. ... .. .. 266 10.1.2 Схема итерационного уточнения . .. ... .. .. 267 10.1.3 Приближенное обращение матриц .. ... .. .. 268 10.2 Алгоритмическое описание .. .. ... .. .. ... .. .. 269 10.3 Реализация алгоритма и примеры ... .. .. ... .. .. 274 10.3.1 Программный код на PASCAL-XSC .. ... .. .. 274 10.3.2 Пример ... .. ... .. .. ... .. .. ... .. .. 285 10.3.3 Предостережения и усовершенствования . . . . . 287 10.4 Упражнения .. ... .. ... .. .. ... .. .. ... .. .. 288 10.5 Литература для дальнейшего чтения . .. .. ... .. .. 290 11 Линейное программирование 294 11.1 Теоретические основы ... .. .. ... .. .. ... .. .. 295 11.1.1 Описание задачи .. .. .. ... .. .. ... .. .. 295 11.1.2 Верификация .. ... .. .. ... .. .. ... .. .. 296 11.2 Алгоритмическое описание .. .. ... .. .. ... .. .. 299 11.3 Реализация и примеры ... .. .. ... .. .. ... .. .. 306 11.3.1 Программный код на PASCAL-XSC .. ... .. .. 306 11.3.2 Примеры .. .. ... .. .. ... .. .. ... .. .. 327 11.3.3 Предостережения и указания . .. .. ... .. .. 333 11.4 Упражнения .. ... .. ... .. .. ... .. .. ... .. .. 333 11.5 Литература для дальнейшего чтения . .. .. ... .. .. 335 12 Многомерное автоматическое дифференцирование 336 12.1 Теоретические основы ... .. .. ... .. .. ... .. .. 337 12.2 Алгоритмическое описание .. .. ... .. .. ... .. .. 340 12.3 Реализация и примеры ... .. .. ... .. .. ... .. .. 342 12.3.1 Программный код на PASCAL–XSC . ... .. .. 342 12.3.2 Примеры .. .. ... .. .. ... .. .. ... .. .. 376 12.3.3 Предостережения и указания . .. .. ... .. .. 384
Стр.493
494 Оглавление 12.4 Упражнения .. ... .. ... .. .. ... .. .. ... .. .. 384 12.5 Литература для дальнейшего чтения . .. .. ... .. .. 385 13 Системы нелинейных уравнений 386 13.1 Теоретические основы ... .. .. ... .. .. ... .. .. 387 13.1.1 Итерационный метод Гаусса-Зейделя ... .. .. 388 13.2 Алгоритмическое описание .. .. ... .. .. ... .. .. 391 13.3 Реализация и примеры ... .. .. ... .. .. ... .. .. 397 13.3.1 Программый код на PASCAL-XSC . .. ... .. .. 397 13.3.2 Пример ... .. ... .. .. ... .. .. ... .. .. 408 13.3.3 Предостережения, указания и усовершенствования .. ... .. ... .. .. ... .. .. ... .. .. 411 13.4 Упражнения .. ... .. ... .. .. ... .. .. ... .. .. 412 13.5 Литература для дальнейшего чтения . .. .. ... .. .. 412 14 Глобальная оптимизация 415 14.1 Теоретические основы ... .. .. ... .. .. ... .. .. 416 14.1.1 Проверка значения в средней точке . ... .. .. 416 14.1.2 Проверка на монотонность ... .. .. ... .. .. 417 14.1.3 Проверка на вогнутость .. ... .. .. ... .. .. 418 14.1.4 Шаг интервального метода Ньютона . ... .. .. 418 14.1.5 Верификация .. ... .. .. ... .. .. ... .. .. 420 14.2 Алгоритмическое описание .. .. ... .. .. ... .. .. 421 14.3 Реализация и примеры ... .. .. ... .. .. ... .. .. 429 14.3.1 Программный код на PASCAL–XSC . ... .. .. 429 14.3.2 Примеры .. .. ... .. .. ... .. .. ... .. .. 448 14.3.3 Предостережения и указания . .. .. ... .. .. 452 14.4 Упражнения .. ... .. ... .. .. ... .. .. ... .. .. 453 14.5 Литература для дальнейшего чтения . .. .. ... .. .. 454 Приложение Вспомогательные модули П.1 Модуль П.2 Модуль П.3 Модуль П.4 Модуль Литература Предметный указатель 460 460 ... .. ... .. .. ... .. .. ... .. .. 460 . ... .. ... .. .. ... .. .. ... .. .. 461 . ... .. ... .. .. ... .. .. ... .. .. 461 .. .. ... .. .. ... .. .. ... .. .. 467 469 483 b_ut il r_ut i_uti_ut mv il il il
Стр.494