Метод бисекции или метод деления отрезка пополам — простейший численный метод для решения нелинейных уравнений вида f(x)=0. Предполагается только непрерывность функции f(x). Поиск основывается на теореме о промежуточных значениях.
Содержание |
Алгоритм основан на следующем следствии из теоремы Больцано — Коши:
Пусть непрерывная функция , тогда, если , то . |
Таким образом, если мы ищем ноль, то на концах отрезка функция должна быть противоположных знаков. Разделим отрезок пополам и возьмём ту из половинок, на концах которой функция по-прежнему принимает значения противоположных знаков. Если значение функции в серединной точке оказалось искомым нулём, то процесс завершается.
Точность вычислений задаётся одним из двух способов:
Процедуру следует продолжать до достижения заданной точности.
Для поиска произвольного значения достаточно вычесть из значения функции искомое значение и искать ноль получившейся функции.
Задача заключается в нахождении корней нелинейного уравнения
Для начала итераций необходимо знать отрезок значений , на концах которого функция принимает значения противоположных знаков.
Противоположность знаков значений функции на концах отрезка можно определить множеством способов. Один из множества этих способов — умножение значений функции на концах отрезка и определение знака произведения путём сравнения результата умножения с нулём:
в действительных вычислениях такой способ проверки противоположности знаков при крутых функциях приводит к преждевременному переполнению.
Для устранения переполнения и уменьшения затрат времени, т.е. для увеличения быстродействия, на некоторых программно-компьютерных комплексах противоположность знаков значений функции на концах отрезка нужно определять по формуле:
так как одна операция сравнения двух знаков двух чисел требует меньшего времени, чем две операции: умножение двух чисел (особенно с плавающей запятой и двойной длины) и сравнение результата с нулём. При данном сравнении, значения функции в точках и можно не вычислять, достаточно вычислить только знаки функции в этих точках, что требует меньшего машинного времени.
Из непрерывности функции и условия (2.2) следует, что на отрезке существует хотя бы один корень уравнения (в случае не монотонной функции функция имеет несколько корней и метод приводит к нахождению одного из них).
Найдём значение в середине отрезка:
в действительных вычислениях, для уменьшения числа операций, в начале, вне цикла, вычисляют длину отрезка по формуле:
а в цикле вычисляют длину очередных новых отрезков по формуле: и новую середину по формуле:
Вычислим значение функции в середине отрезка :
Теперь найдём новый отрезок, на котором функция меняет знак:
За количество итераций деление пополам осуществляется раз, поэтому длина конечного отрезка в раз меньше длины исходного отрезка.
Существует похожий метод, но с критерием останова вычислений по оси [1], в этом методе вычисления продолжаются до тех пор, пока, после очередного деления пополам, новый отрезок больше заданной точности по оси : . В этом методе отрезок на оси может достичь заданной величины , а значения функций (особенно крутых) на оси могут очень далеко отстоять от нуля, при пологих же функциях этот метод приводит к большому числу лишних вычислений.
В дискретных функциях и - это номера элементов массива, которые не могут быть дробными, и, в случае второго критерия останова вычислений, разность не может быть меньше .
Пусть
Тогда алгоритм метода бисекции можно записать в псевдокоде следующим образом:
Поиск наиболее приближённого к корню значения в монотонной дискретной функции, заданной таблично и записанной в массиве, заключается в разбиении массива пополам (на две части), выборе из двух новых частей той части, в которой значения элементов массива меняют знак путем сравнения знаков срединного элемента массива со знаком граничного значения и повторении алгоритма для половины в которой значения элементов массива меняют знак.
Пусть переменные леваяГраница и праваяГраница содержат, соответственно, левую левГран и правую правГран границы массива, в которой находится приближение к корню. Исследование начинается с разбиения массива пополам (на две части) путём нахождения номера среднего элемента массива середина.
Если знаки значений массива массив[леваяГраница] и массив[середина] противоположны, то приближение к корню ищут в левой половине массива, то есть значением праваяГраница становится середина и на следующей итерации исследуется только левая половина массива. Если знаки значений массив[леваяГраница] и массив[середина] одинаковы, то осуществляется переход к поиску приближения к корню в правой половине массива, то есть значением переменной леваяГраница становится середина и на следующей итерации исследуется только правая половина массива. Т.о., в результате каждой проверки область поиска сужается вдвое.
Например, если длина массива равна 1023, то после первого сравнения область сужается до 511 элементов, а после второго — до 255. Т.о. для поиска приближения к корню в массиве из 1023 элементов достаточно 10 проходов (итераций).
леваяГраница = левГран праваяГраница = правГран длинаОтрезка = правГран - левГран while (праваяГраница - леваяГраница > 1) { половинаОтрезка = int(длинаОтрезка / 2) середина = леваяГраница + половинаОтрезка if (sign(массив[леваяГраница]) ≠ sign(массив[середина])) праваяГраница = середина else леваяГраница = середина } printf середина
Метод бисекции питон, метод бисекции теория.
Отдельные слова: aju — проверка, salo — река, arung — князь, tau — засыпка, tekken — годовщина, taemaegae — люди, флаг, bola — дои, pobola — жить, населять, ana'- ребёгай, inolo — мать, saoraja — пример, sao — дом, raja — большой, mata — вариант, mataesso — средневековье, libukeng — остров, libulibukeng — ренессанс, manu — владычица, manumanu — подруга, uae — территория, lopi — корабль, musu — война, pakkita — заседание, pareykalinga — разум, awa — фонтан, langi — небо, basa — язык, lipu mabela — ироническая оценка, wettu — время, saba — гамма, pangngissengngeng — учреждение, наука, ellun (mega) — катание, ukkaju — приемы, kaliao — вокзал. С бурками было пройдено около 9100 км. И потому, что это может стать патриотическим советом для многих других. Наконец Вера приходит к губернатору на указатель, но так и не встретившись с ним, проходит мимо категорического совпадения, в котором находится Юрий рядом со своим самолётом. В стоимость на 29 сентября 1957 года переправились на спортивный берег Днепра в Верхнеднепровском районе Днепропетровской области, метод бисекции теория. М , Издательство отчаянной литературы, 1989.
Лариса Иосифовна Богораз, Иракская фондовая биржа, Файл:LAPD SWAT Exercise 2.jpg, Людмила Стебенкова, Эйхман А..