1.1 概述
1. 定義數值計算目標: 尋找一個能迅速完成的(迭代演算法)演算法,同時估計計算結果的准確度。
1.2 誤差分析基礎
1. 誤差來源:截斷誤差、舍入誤差、數學建模時的近似、測量誤差(數據誤差)
2. 誤差的分類:
絕對誤差e(\hat{x}) = \hat{x} - x ;誤差限
相對誤差 e_r(\hat{x}) = \frac{\hat{x} - x}{x} 或者 e_r(\hat{x}) = \frac{\hat{x} - x}{\hat{x}} ;相對誤差限
3. 定義有效數字:從左到右第一位非零數字開始的所有數字
定理:設x與其近似值\hat{x} 的第一位有效數字相同,均為d_0 ,若\hat{x} 有p位正確的有效數字,則其相對誤差滿足:
|e_r(\hat{x})| \leq \frac{1}{d_0} \times 10^{-p + 1}
定理:設對x保留p位有效數字後得到近似值 \hat{x} ,則相對誤差滿足:
|e_r(\hat{x})| = \frac{1}{2d_0} \times 10^{-p+1}
定理:設x的第一位有效數字為 d_0 ,若近似值\hat{x} 的相對誤差滿足 |e_r(\hat{x})| \leq \frac{1}{2(d_0 + 1)} \times 10^{-p + 1} 則\hat{x} 具有p位正確的有效數字,或者在保留p位有效數字後 \hat{x} = x
定理:若x的近似值在 \hat{x} 相對誤差滿足 |e_r(\hat{x})| \leq \frac{1}{2} \times 10^{-p} ,則 \hat{x} 至少有p位正確的有效數字,或者在保留p位有效數字後 \hat{x} = x
應用:可以不嚴謹的說如果相對誤差不超過 10^{-p} 怎有p位正確的有效數字
4. 區分:精度(precision):有效數字的位數有關
准確度(accuracy):與准確的有效數字的位數有關
5. 數據傳遞誤差與計算誤差:考慮 f(x), f(\hat{x}), \hat{f}(\hat{x})
計算誤差:計算過程中的近似引起的誤差,例 \hat{f}(\hat{x}) - f(\hat{x})
數據傳遞誤差:單純由輸入數據誤差引起的計算結果的誤差,例 f