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數學建模誤差分析方法

發布時間:2025-03-03 20:22:43

㈠ 在數值計算方法中,誤差是如何分類的

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

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