共轭梯度法(Conjugate Gradient Method)是一种在数值线性代数中解决大型对称正定矩阵线性系统的重要方法。它适用于求解大型稀疏矩阵问题,因为其迭代次数通常与矩阵的条件数相关,对于好的矩阵结构,如对角主导,其效率很高。在偏微分方程(PDEs)的数值解法中,共轭梯度法经常被用于求解线性化的方程组。 偏微分方程是描述许多物理现象的关键工具,如热传导、流体动力学等。在计算机模拟中,将连续域离散化为网格,通常采用有限差分方法(Finite Difference Method)来近似PDEs的解。五点法是一种有限差分方法,用于二维空间中的二阶偏微分方程,如泊松方程,通过在每个网格节点处的相邻五个点上定义差分表达式来逼近二阶导数。 在这个特定的实现中,描述提到了从无并行版本升级到MPI并行版本。MPI(Message Passing Interface)是分布式内存并行计算的一种标准,它允许在多台计算机或多个处理器之间交换信息。在解决大型计算问题时,如大规模的偏微分方程求解,使用MPI可以将任务分解到多个计算节点上,显著提高计算速度。 表达式模板(Expression Templates)是C++编程中一种优化技术,用于在编译时处理数学表达式,避免了不必要的临时对象创建,提高了代码执行效率。在科学计算库如Eigen中,表达式模板被广泛应用,使得在处理大型矩阵和向量运算时能保持高效。 结合这些标签和描述,这个C++程序很可能是使用MPI进行并行化,通过五点法有限差分对偏微分方程进行离散化,然后利用共轭梯度法求解由此产生的线性系统。同时,为了优化性能,可能采用了表达式模板技术来处理矩阵和向量操作。文件"ass5_final"可能是项目代码的最终版本,包含了这些算法和方法的实现。 理解并实现这样的程序需要扎实的数值分析基础,对C++编程、MPI并行计算以及线性代数的知识有深入的了解。调试和优化这样的代码也需要考虑内存访问模式、并行效率和计算精度等因素。对于希望深入学习科学计算和并行计算的学者来说,这是一个有价值的实践项目。
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共轭梯度法 最优化 c++
2024-05-20 10:15:03 2KB 共轭梯度法
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为了构造具有更好收敛性的谱共轭梯度法,根据已有的共轭系数β~*_k和β■,构造了一个新的共轭系数β■,从而给出了一个新的谱共轭梯度法。经过选取适当的谱系数,保证新方法在每次迭代时总能产生充分下降的搜索方向。该性质具有既不依赖所使用的线搜索,又不依赖目标函数凸性的优点。利用Armijo线搜索,在一般假设条件下,给出了该方法全局收敛性的证明。
2024-01-11 13:45:37 204KB 行业研究
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非线性共轭梯度
2023-12-29 11:03:15 4.38MB
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基于无记忆BFGS拟牛顿法结构提出一个新的修正Liu-Storey(LS)非线性共轭梯度法(简称MLSCG算法)。在精确线搜索下MLSCG算法化归为标准的LS共轭梯度算法。MLSCG算法产生的搜索方向不依赖于线搜索准则而具有充分下降性。新方法在一个Armijo型线搜索下具有全局收敛性。数值试验表明:对于多数算例,新算法比PRP、HS、LS算法具有更好的计算结果。
2023-12-02 16:49:14 228KB 自然科学 论文
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一般情况下,求解大规模无约束优化问题的有效算法是共轭梯度法。共轭梯度法的关键是选取αk和βk,不同的αk和βk决定了不同的共轭梯度算法。在HS方法和DY方法的基础上,给出了一种求解无约束问题的混合共轭梯度算法,并在Wolfe性搜索下证明了算法的全局收敛性。
2023-03-05 11:26:38 1.09MB 自然科学 论文
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提出了一种新的方法来将投资组合管理的双目标优化模型重新构建为无约束最小化问题,其中目标函数是分段二次多项式。 我们介绍了这种目标函数的一些性质。 然后,开发了一种基于众所周知的共轭梯度法的罚分算法,以寻找投资组合管理问题的解决方案。 通过实现所提出的算法来解决中国股市的实际问题,表明该算法是有前途的。
2023-03-02 20:27:11 510KB 研究论文
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用matlab编程实现最优控制理论中的共轭梯度法。程序运行没有错误。 用matlab编程实现最优控制理论中的共轭梯度法。程序运行没有错误。
2023-02-27 20:10:07 3KB matlab 共轭梯度法
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共轭梯度法:共轭梯度
2023-01-16 12:27:19 212.19MB Python
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共轭梯度法 参考 共轭梯度法(ENG) OR기울기법 (KOR) 共轭梯度法(CG) 共轭梯度法是一种算法,用于求解线性方程组的特定系统,即矩阵且方程组的数值解。 共轭梯度法通常实现为,适用于太大而无法通过直接实现或其他直接方法(例如Cholesky分解)处理的稀疏系统。 成本函数 假设我们要求解 (P1) A * x = b : matrix ver. 或者, (P2) A( x ) = b : function ver. 对于向量x ,其中已知nxn矩阵A是对称的(即A ^ T = A),正定的(即x ^ TA x> 0对于R ^ n中所有非零向量x)和实数,并且b也被称为。 我们用x^*表示该系统的唯一解。 用于解决问题的基本迭代CG(矩阵版本) function [x] = conjgrad(A, b, x) r = b
2022-11-14 21:13:17 19KB MATLAB
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