数值计算算法

㈠ 数值计算方法的主要研究对象有哪些其常用基本算法主要包括哪三个方面

数值计算方法的主要研究对象：研究各种数学问题的数值方法设计、分析、有关的数学理论和具体实现。其常用基本算法在数值分析中用到迭代法的情形会比直接法要多。例如像牛顿法、二分法、雅可比法、广义最小残量方法及共轭梯度法等等。在计算矩阵代数中，大型的问题一般会需要用迭代法来求解。

许多时候需要将连续模型的问题转换为一个离散形式的问题，而离散形式的解可以近似原来的连续模型的解，此转换过程称为离散化。

例如求一个函数的积分是一个连续模型的问题，也就是求一曲线以下的面积若将其离散化变成数值积分，就变成将上述面积用许多较简单的形状（如长方形、梯形）近似，因此只要求出这些形状的面积再相加即可。

(1)数值计算算法扩展阅读

数值分析也会用近似的方式计算微分方程的解，包括常微分方程及偏微分方程。

常微分方程往往会使用迭代法，已知曲线的一点，设法算出其斜率，找到下一点，再推出下一点的资料。欧拉方法是其中最简单的方式，较常使用的是龙格－库塔法。

偏微分方程的数值分析解法一般都会先将问题离散化，转换成有限元素的次空间。可以透过有限元素法、有限差分法及有限体积法，这些方法可将偏微分方程转换为代数方程，但其理论论证往往和泛函分析的定理有关。另一种偏微分方程的数值分析解法则是利用离散傅立叶变换或快速傅立叶变换。

㈡ 计算方法

计算方法又称数值分析。是为各种数学问题的数值解答研究提供最有效的算法，计算方法主要内容包括函数逼近论、数值微分、数值积分、误差分析等，常用方法有迭代法、差分法、插值法、有限元素法等，现代计算方法要求适应电子计算机的特点。

误差与原则误差种类模型误差、观测误差、截断误差和舍入误差，法则加减运算近似数加减时，把其中小数位数较多的数四舍五入，使其比小数位数最少的数多一位小数，计算保留的小数位数与原近似数最小数位数最少者相同。

乘除运算近似数乘除时，各因子保留位数应比小数位数最少的数多一位小数，计算保留的小数位数与原近似数最小数位数最少者位数至多少一位，乘方与开方运算近似数乘方与开方时，计算保留的小数位数与原近似数位数相同，对数运算近似数对数时，计算保留的小数位数与原近似数位数相同，注意避免两个相近的数相减，避免除数绝对值远远小于被除数绝对值的除法，避免大数吃掉小数，计算讲效率，尽可能减少运算。

计算方法的特点

插值方法Lagrange插值线性插值、抛物线插值，Newton插值，分段插值，Hermite插值，分段三次Hermite插值，三次样条插值，最小二乘法直线拟合与多项式拟合，数值积分机械求积法梯形公式、中矩形公式、Simpson公式，Newton-Cotes求积法，复化求积法复化梯形公式、复化Simpson公式、复化Cotes公式，Romberg求积法，Guass求积法，数值微分求积法。

常微分方程的数值解法尤拉方法尤拉法、隐式尤拉法、二步尤拉法，改进尤拉方法，龙格-库塔方法，线性多步法亚当姆斯方法， 方程求根的数值解法二分法，迭代法，埃特金法，牛顿法牛顿下山法，近似牛顿法简化牛顿法、弦截法抛物线法，线性方程组的解法高斯消去法顺序消去法、列主元消去法、全主元消去法，矩阵三角分解法，追赶法平方根法，范数，简单迭代法Jacobi迭代法，Gauss-Seidel迭代法。

㈢ 数值计算方法概述

在采矿工程中，数值模拟方法不仅能模拟岩体复杂的力学和结构特征，还能很方便地解决现场监测过程中需要大量人力、物力而无法完成的、现有力学理论不能求解的复杂形体问题，并对矿山岩体稳定性进行预测与预报。

关于岩土工程的数值分析方法，很多学者都作过系统综述^{[53，68，72]}，笔者只拟简单介绍。岩土工程数值分析方法，主要分为三大类，如图7-1所示。

图7-1 边坡工程数值分析方法

(1)连续介质数值分析方法

连续介质数值分析方法的理论基础是弹(塑)性力学。因此，在该类数值分析方法公式的推导过程中，需要满足基本方程和边界条件。只是在求解手段上，采用了不同于弹性力学的各种近似解法。这类数值分析方法包括有限差分法、有限单元法和边界单元法等，它适用于连续介质体的地下工程围岩与结构的应力分析和位移求解。

(2)非连续介质数值分析方法

非连续介质数值分析方法的理论基础是牛顿运动定律，它并不满足结构的位移连续条件，但是可以求出结构在平衡状态下的位移或者在不可能处于平衡状态时的破坏模式。此外，尽管结构不受位移连续的约束，但应满足给定的单元和交界面的本构定律。这类数值分析方法主要有离散单元法和不连续变形分析(DDA)。这些数值分析方法可用于分析节理岩体可能发生的不连续变形，如洞室围岩附近岩块的分离与滑落等。

(3)混合介质数值分析方法

混合介质数值分析方法是连续和不连续分析方法的耦合。在地下结构的某些区域(如洞室附近)，围岩体由于开挖影响而发生块体的分离而不连续，在另外区域(如远离洞室)，则岩体一般仍相互联系而处于连续状态。因此，考虑两种不同力学介质的耦合分析很必要。目前常见的耦合方法有有限元与离散元的耦合、边界元与离散元的耦合等。混合介质吸取连续介质和非连续介质两种数值分析方法中的优点，在可能发生不连续变形的岩体，采用非连续介质方法模拟，而远离洞室的岩体一般仍处于连续状态，可采用连续介质模型分析。

本章分别采用有限元强度折减法、有限元和离散元相结合的CDEM法、FLAC差分法，开展安家岭露天矿露天井工联合开采的数值模拟分析，研究露天开采和井工开采的相互作用及影响规律。

㈣ 数值计算方法

1. 数值计算的结果是离散的，并且一定有误差，这是数值计算方法区别与解析法的主要特征。 2. 注重计算的稳定性。控制误差的增长势头，保证计算过程稳定是数值计算方法的核心任务之一。 3. 注重快捷的计算速度和高计算精度是数值计算的重要特征。 4. 注重构造性证明。 5.数值计算主要是运用MATLAB这个数学软件来解决实际的问题 6.数值计算主要是运用有限逼近的的思想来进行误差运算数值积分