《数值分析》-0-基础知识

0.背景

数值分析的主要目的是阐述并讨论在计算机上求解数学问题的方法。最基础的算术运算就是加法和乘法,而多项式是我们构造计算技术的基础。

数值分析的主要议题是让使用者意识到由于计算机造成的小误差使得计算面临不可靠的危险,并且要知道如何避免或最小化这样的危险。

 1.多项式求值

一般的d阶多项式可以通过d次乘法和d次加法求解,具体的构造方法是嵌套乘法/霍纳方法。

2.十进制与二进制

十进制转二进制与二进制转十进制最简单的方式是将数字的整数部分与小数部分分开对待。

在二进制转十进制时,如果小数部分不是以2为基的有限展开,需要利用2乘的平移特性转换。

3.截断与舍入

截断:通过简单舍弃在末端之外的数位来实现,但是这种方法会把结果向0方向移动,属于有偏方式。

舍入:通过判断在给定数位空间之外的第一个位数决定向上进位还是进行舍去。出现平局时,随意选择向上进位或舍去,避免由于有偏的舍入造成在长计算中不想要的缓慢偏移。

4.有效数字缺失

在计算时,有时不可避免的造成有效数字缺失,比如显式地减去两个近似相等的数字,在求解二次方程时尤其常见。面对这种情况,通常可以采用重建等式的方法避免。通过“共轭等式”进行相乘是一个进行计算重构的窍门。 

5.泰勒近似

泰勒近似是学习许多计算技术的基础。其主要思想是,如果函数在x_0 点值已知,则函数f在该点附近的很多信息也可以知道(前提是该函数连续,我们可以使用在x_0点的所有导数给出函数在x_0 点附近所有近似估计)。而f与它的近似在x​​​​ 点 的差异就是泰勒余项。

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