有如下方程組 ,當矩陣 A 各列向量互不相關時, 方程組有位移解,可以使用消元法求解,具體如下:
使用消元矩陣將 A 變成上三角矩陣 ,
,
使用消元矩陣作用於向量 b,得到向量 c,,
,
Ax=b 消元后變為 ,即
, 由於
為上三角矩陣, 使用回帶法即可求解方程組。
對矩陣 做如下運算
。在消元過程中,已知
,如何求解
呢?
表示將矩陣A的第二行乘以 1 再加上矩陣A的第三行得到矩陣B的第三行,矩陣B的第一二行於矩陣A的第一二行保持一致。根據語義,
表示將矩陣B的第二行乘以 -1 再加上矩陣B的第三行得到矩陣A的第三行,矩陣A的第一二行於矩陣B的第一二行保持一致。
,
,
通過以上觀察, 僅需將對角線下元素相加即可得到,
,在矩陣消元過程中,對消元系數取反,然后放在相應的位置即構成了
,也就是 L 。同時,消元法記錄下了 U,則有 Ux=c, b=Lc。
由於 L 為下三角矩陣,根據 Lc=b, 可求解 c;U 為上三角矩陣, 根據 Ux=c 可求解 x。
在消元過程中,如果遇到主元位置上為 0 情況時,需要使用行變換矩陣使消元過程得以繼續,PAx=Pb,P為行變換矩陣,記錄矩陣 L,U,P,可實現LU分解,過程如下:
有方程組 ,對矩陣
進行LU分解:
1),
,
;
2),
,
;
3)由於 為 0,需要交換2,3行,則有:
,
,
,交換L矩陣中小於第二列下變換因子位置,即交換
與
元素位置;
4)由於 Lc=Pb, 可計算出 c:
,
;
5)由於 Ux=c,可計算出 x:
,
。
參考資料 Linear Algebra And Its Applications Gilbert Strang