2.4 ЧИСЛЕННЫЕ МЕТОДЫ АЛГЕБРЫ

2.4.1. Общие замечания

К численным методам алгебры относятся

ü  методы нахождения собственных значений и векторов матриц;

ü  численные методы решения систем линейных уравнений(СЛАУ);

ü  методы обращения матриц;

ü  вычисления определителей.

Формально решение этих задач не встречает трудностей: например, если требуется решить СЛАУ

,

 где  A квадратная матрица порядка m,  m -мерный вектор неизвестных, а вектор свободных членов.  Для решения задачи можно применить правило Крамера, согласно которого: если определитель системы отличен от нуля, то система имеет единственное решение

 ,

 определитель матрицы ,  определитель матрицы , которая получается из матрицы  заменой го столбика столбцом свободных членов. Далее для вычисления определителей можно воспользоваться теоремой Лапласа: если в определители  го порядка произвольно выбраны  строк (или  столбцов) и , тогда сумма произведений всех миноров -го порядка на их алгебраические дополнения равна определителю . При таком подходе для получения решения СЛАУ потребуется выполнить  операций. Однако требуемое для решения число  операций нарастает с увеличением порядка системы. Так при значении  число операций, которое необходимо выполнить примерно равно , возникает вопрос насколько это большое число операций и каким должно быть быстродействие ЭВМ, для того чтобы задача была решена за реальное время.

Для ответа на этот вопрос рассмотрим гипотетическую ЭВМ[Бахвалов Н.С. Численные методы], которая занимает объем , пусть эта машина с параллельно работающими процессорами, каждый из которых представляет куб c размером ребра , т.к. скорость передачи сигнала не превосходит скорости света, то минимальное время выполнения одной операции , где . За одну секунду общее число операций, которое выполняется такой ЭВМ равно числу элементов умноженному на время выполнения одной операции . Простые расчеты показывают, что если представить гипотетическую ЭВМ размера солнечной системы, полностью забитую параллельно работающими процессорами, и в каждом таком процессоре обмены происходят со скоростью света, то для решения системы из 100 уравнений со ста неизвестными недостаточно 15 миллиардов лет.

В вычислительной алгебре разработаны численные методы которые позволяют решать системы с очень большим числом уравнений.

Методы решения алгебраических задач подразделяются на точные, итерационные и вероятностные.

Метод решения относится к классу точных, если в предположении отсутствия округления он дает точное решение задачи после конечного числа арифметических и логических операций.

Метод решения относится к классу итерационных, если решение находится, как предел последовательных приближений к искомому решению.

Метод решения называется вероятностным, если для получения решения привлекаются теоретико-вероятностные представления.