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计算方法
第1次开课
开课时间: 2021年03月01日 ~ 2021年08月31日
学时安排: 待定
当前开课已结束 已有 4920 人参加
立即自学
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课程详情
课程评价(501)
spContent=信息化时代需要大量“用数学解决实际问题”、“用计算机进行科学工程计算”的科技人才,你想加入其中吗?
信息化时代需要大量“用数学解决实际问题”、“用计算机进行科学工程计算”的科技人才,你想加入其中吗?
—— 课程团队
课程概述

在实际中,数学与科学技术一向有着密切关系并相互影响,科学技术各领域的问题通过建立数学模型与数学产生密切的联系,并以各种形式应用于科学和工程领域.而所建立的这些数学模型,在许多情况下,要获得精确解是十分困难的,有时是不可能的,这就使得研究各种数学问题的近似解变得非常重要了,计算方法就是专门研究各种数学问题的近似解的课程之一.

计算方法课程的研究对象主要来源于高等数学和线性代数,包括数值微分、数值积分、常微分方程数值解法,非线性方程求根、线性方程组求解、特征值特征向量数值计算以及离散数据的插值和拟合等七个章节内容。课程主要涉及的构造性思想包括迭代思想、逼近思想以及外推思想等,常用的数值算法通常以这些构造思想为基础。除此之外,算法的收敛性和稳定性以及算法评价也是本课程重要组成部分。

通过本课程的学习,学生能够开阔思路,了解数学与工程实际问题、计算方法与计算机技术之间的深刻关联,并初步建立采用数值计算方式解决实际问题的思维习惯,强化对数学知识的理解、应用水平,提升实践创新能力。


授课目标

1、知识。使学生了解使用计算机解决科学问题、工程问题等实际问题的基本方法。熟练掌握求解非线性方程求根问题、线性方程组近似求解问题、微积分近似求解等问题的数值算法构造技巧以及相应的可靠性分析策略。

2、能力。通过上机实践、算法计算效果对比深刻理解算法的编程求解方法、算法计算效率以及算法适用范围等实践技巧。

3、思维。通过课程学习,从宏观和微观层面建立使用计算机解决实际问题的计算思维。

课程大纲
第一章 绪论
课时目标:知道误差的分类,了解浮点数系以及舍入误差产生的原因,理解算法的数值稳定性概念;掌握误差传播公式,熟练掌握算法设计应该注意的一般原则。
1.误差的度量与传播
2.数值试验与算法性能比较
第二章 非线性方程的近似解法
课时目标:熟练掌握二分法、不动点迭代法的理论与算法、误差估计;理解局部收敛、收敛阶的概念;掌握迭代加速算法;熟练掌握牛顿迭代法;了解弦割法和抛物线法;知道非线性方程组求解的迭代法;能够使用相关的数值方法求解方程的近似解。
1.二分法
2.简单迭代法
3.牛顿迭代法及其变形
第三章 线性代数方程组的近似解法
课时目标:熟练掌握高斯消去法、选主元的消去法,矩阵的三角分解;理解向量范数、矩阵范数等概念;熟练掌握简单迭代法、高斯赛德尔迭代法收敛的有关理论以及构造方法;熟练掌握常用的雅可比迭代法、与之对应的高斯赛德尔迭代法、逐次超松弛迭代法收敛的相关条件以及构造方法;并能使用上述算法上机解决线性方程组求解问题。
1.Gauss消去法
2.矩阵三角分解法
3.求解线性方程组的迭代法
第四章 插值法
课时目标:理解插值的概念,熟练掌握插值多项式的建立方法,掌握插值误差的分析方法。了解分段插值的必要性,掌握分段插值的构造方法。
1.插值理论
2.拉格朗日插值
3.牛顿插值
4.等距节点插值
5.埃尔米特插值
6.分段插值
第五章 最小二乘法与曲线拟合
课时目标:熟练掌握用于求解矛盾方程组的最小二乘方法;理解曲线拟合问题;掌握使用最小二乘方法求解拟合系数的原理及技巧。
1.矛盾方程组与最小二乘法
2.曲线最小二乘拟合
第六章 数值微分与数值积分
课时目标:掌握数值微分公式建立的插值法以及泰勒展开法,了解外推算法。理解代数精确度以及数值积分公式的收敛性、稳定性概念。掌握牛顿-柯特斯求积公式以及复化公式,掌握求积公式的误差估计式及其建立过程。掌握龙贝格求积公式,了解区间逐次分半求积算法;
1.数值微分公式
2.牛顿-柯特斯公式
3.复化求积公式
4.龙贝格求积公式
第七章 常微分方程初值问题的数值解法
课时目标:理解局部截断误差和阶的概念;掌握格式构造的泰勒方法、线性多步方法;掌握预估-校正思想;理解单步法和线性多步法的收敛性、相容性和稳定性的概念以及它们间的联系;熟练掌握常用的格式以及误差估计方法;
1.欧拉法及其改进
2.龙格-库塔法
3.线性多步法
第八章 矩阵特征值特征向量的数值解法
课时目标:熟练掌握乘幂法的基本原理和计算步骤,了解其加速算法;熟练掌握反幂法的算法设计思想。
1.乘幂法
2.反幂法
3. 雅克比方法
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预备知识
  1.   高等数学

  2.   线性代数

证书要求

为积极响应国家低碳环保政策, 2021年秋季学期开始,中国大学MOOC平台将取消纸质版的认证证书,仅提供电子版的认证证书服务,证书申请方式和流程不变。

 

电子版认证证书支持查询验证,可通过扫描证书上的二维码进行有效性查询,或者访问 https://www.icourse163.org/verify,通过证书编号进行查询。学生可在“个人中心-证书-查看证书”页面自行下载、打印电子版认证证书。

 

完成课程教学内容学习和考核,成绩达到课程考核标准的学生(每门课程的考核标准不同,详见课程内的评分标准),具备申请认证证书资格,可在证书申请开放期间(以申请页面显示的时间为准),完成在线付费申请。

 

认证证书申请注意事项:

1. 根据国家相关法律法规要求,认证证书申请时要求进行实名认证,请保证所提交的实名认证信息真实完整有效。

2. 完成实名认证并支付后,系统将自动生成并发送电子版认证证书。电子版认证证书生成后不支持退费。


参考资料

1.《数值方法简明教程》,聂玉峰,王振海主编. 高等教育出版社,2011

2.《数值分析》,欧阳洁,聂玉峰,车刚明,王振海. 高等教育出版社,2009

3.《数值计算原理》,李庆扬,关治,白峰杉. 清华大学出版社,2001

4.《数值分析原理》,封建湖,车刚明,聂玉峰. 科学出版社,2001


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