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数值分析
第8次开课
开课时间: 2025年02月25日 ~ 2025年06月30日
学时安排: 3小时每周
进行至第12周,共18周 已有 417 人参加
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课程详情
课程评价(319)
spContent=数值分析课程主要介绍一些典型的数值逼近方法和数值代数方法。包括误差分析、函数插值、函数逼近、数值积分与微分、非线性方程求根、线性方程组的数值解法、矩阵特征问题。通过本课程学习,学生能够理解这些数值方法的数学思想和基本理论,了解相关问题的算法,能够编程实现算法。在此基础上,培养学生运用所学知识借助于计算机解决实际问题的能力。
数值分析课程主要介绍一些典型的数值逼近方法和数值代数方法。包括误差分析、函数插值、函数逼近、数值积分与微分、非线性方程求根、线性方程组的数值解法、矩阵特征问题。通过本课程学习,学生能够理解这些数值方法的数学思想和基本理论,了解相关问题的算法,能够编程实现算法。在此基础上,培养学生运用所学知识借助于计算机解决实际问题的能力。
—— 课程团队
课程概述

  "数值分析"是研究各种数学问题求解的数值计算方法及其理论的一门课程,它的内容丰富且实践性强,研究方法深刻又有自身的理论体系;既有纯数学的高度抽象性与严密科学性特点,又有应用的广泛性与实际试验的高度技术性的特点,是科学工程及社会科学研究中重要的基础工具。学习"数值分析"课程对培养学生运用数学理论、数值方法和计算机解决实际问题的能力起着至关重要的作用,尤其在大数据和人工智能蓬勃发展的今天,其越来越彰显了对新工科教育的作用。

  "数值分析"课程的目的是针对几类基本问题设计可以在计算机上实现的算法以及算法背后的数学原理,针对一些问题得到近似但足够精确的结果并探讨这些算法的收敛性、稳定性、误差估计及计算复杂度等。本课程按照知识点构成四个必修模块:课程引言、数值逼近(含插值法、函数逼近、数值积分与微分)、非线性方程求根、线性代数方程组求解,以及1个选修模块:矩阵特征值与特征向量计算。

   本课程中需要应用高等数学、线性代数等先修课程的知识,在学习课程之前适当地复习相关知识,对理解、握所要学习的数值分析有所帮助。愿这门课程的学习带你领略科学计算的博大精深以及广泛用途。

授课目标

通过掌握和了解常用的数值分析方法的基本思想与理论依据,使学生学会在计算机上使用这些方法解决实际问题,进行相应的误差分析,为学生在理论学习以及结合计算机解决实际问题等方面打下良好的基础,同时又能培养学生的逻辑思维能力和提高学生的数学推理能力。

课程大纲
理论准备
课时目标:1:了解误差的来源及传播,并会由此分析算法的收敛性及数值稳定性,理解在算法设计中应注意的事项。2:熟练掌握向量范数的定义和计算方法3:了解内积空间的定义及其性质4:了解不动点原理
1.1 绪论
1.2 误差的来源、基本概念以及减少误差的若干原则
1.3 范数与内积
1.4 不动点原理
插值法
课时目标:1:掌握函数插值的意义及概念;2:了解插值多项式的存在唯一性;3:熟练掌握多项式插值的几种经典方法及适用条件;4:会推导各插值多项式的余项表达式并估计误差。
2.1 引言
2.2 拉格朗日插值法
2.3 牛顿插值法
2.4 埃尔米特插值法
2.5 分段低次插值法
函数的最佳逼近和离散数据的最小二乘拟合
课时目标:1:掌握正交多项式、函数逼近与曲线拟合的有关概念;2:了解函数逼近与曲线拟合的意义和推导过程;3:掌握求最佳平方逼近和最佳一致逼近函数的方法以及曲线拟合的最小二乘法。
3.1 函数的最佳平方逼近
3.2 正交多项式
3.3 离散数据的最小二乘拟合
3.4 连续函数的最佳一致逼近多项式
数值积分与数值微分
课时目标:1:了解数值积分与数值微分的基本思想,;2:掌握代数精度的概念和插值型求积公式以及相应的复化求积公式,高斯公式;3:掌握求数值微分的插值型求导公式,并能对上述数值方法进行误差分析。
4.1 数值求积的基本思想
4.2 插值型求积公式及其性质
4.3 牛顿-柯特斯公式
4.4 复化求积法
4.5 龙贝格积分法
4.6 高斯型求积公式
4.7 数值微分
线性方程组的数值解法
课时目标:1:理解高斯消去法的基本原理及实现条件;2:掌握用高斯消去法求解线性代数方程组的计算过程及其算法的程序实现;3:熟练掌握矩阵的三角分解,并能用这些分解方法解线性代数方程组;4:了解矩阵条件数定义,并能对方程组性态进行初步的分析;5:掌握线性方程组迭代解法的构造思路,并与直接解法进行比较;6:会利用迭代法收敛的充分必要条件或充分条件,判别或证明常用迭代方法的收敛性;7:熟练掌握雅可比迭代法,高斯-赛德尔迭代法和超松弛迭代法。
5.1 引言
5.2 线性方程组的性态及条件数
5.3 高斯消元法
5.4 基于矩阵三角分解的方法
5.5 雅可比迭代法和高斯-赛德尔迭代法
5.6 超松弛迭代法
非线性方程(组)求根
课时目标:1:会确定方程的有根区间;2:掌握迭代法求方程根的基本思想,几何意义及相关的理论和概念;3:会构造方程求根的迭代格式,并进行收敛性判断和收敛阶的确定;4:熟练掌握牛顿求根公式,局部收敛性与收敛阶;
6.1 问题描述
6.2 迭代法及其收敛性
6.3 方程求根的牛顿法
6.4 非线性方程组的迭代法
矩阵的特征值与特征向量
课时目标:1:掌握求矩阵按模最大特征值及相应特征向量的幂法;2:了解求实对称矩阵全部特征值及相应特征向量的雅可比方法;3:了解求实对称矩阵全部特征值及特征向量的豪斯荷尔德变换;4:了解矩阵的QR分解和QR算法。
7.1 幂法
7.2 雅可比方法
7.3 豪斯荷尔德变换
7.4 QR算法
展开全部
预备知识

高等数学  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

教材:

应用数值分析,冯象初,王卫卫等, 西安电子科技大学出版社,2020年

参考资料:

数值分析(第5版),李庆杨,王能超,易大义,清华大学出版社,2008年

数值分析, 韩旭里, 高等教育出版社, 2011年

Numerical Analysis:3rd Edition, Kincaid D, Cheney W, 2005

西安电子科技大学
5 位授课老师
尚晓清

尚晓清

副教授

冯象初

冯象初

教授

王卫卫

王卫卫

教授

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