《計算方法及其應用》主要介紹了數(shù)值計算方法的基本理論，內容包括計算方法的基本概念、函數(shù)的插值與擬合、數(shù)值積分和數(shù)值微分、非線性方程的數(shù)值解法、解線性方程組的直接法和迭代法、常微分方程的數(shù)值解法、矩陣的特征值和特征向量的計算。書中含有豐富的例題、習題和上機實驗題。
《計算方法及其應用》可作為數(shù)學與應用數(shù)學、信息與計算科學、計算機科學與技術專業(yè)等本科生計算方法課程的教材或參考書，也可作為理工科研究生數(shù)值分析課程的教材或參考書。
主要介紹了數(shù)值計算方法的基本理論，書中含有豐富的例題、習題和上機實驗，實驗內容與理論內容密切結合，有助于讀者理解和運用所學的各種算法，提高讀者的學習興趣和應用計算機解決實際問題的能力�！队嬎惴椒捌鋺谩诽峁┝伺涮椎膶W習課件和習題參考答案，有助于讀者自查自學。
前言
在現(xiàn)代科學和工程技術中，經常會遇到大量復雜的數(shù)學計算問題，這些問題的求解涉及龐大的計算量，簡單的計算工具難以勝任。隨著計算機的出現(xiàn)和迅速發(fā)展，使越來越多的復雜計算成為可能。利用計算機進行科學計算帶來了巨大的經濟效益，同時也使科學技術本身發(fā)生了根本變化。科學計算作為當今科學研究的三種基本手段之一，是數(shù)學將觸角伸向其他學科的橋梁，目前科學計算已經廣泛應用在物理、化學、生命科學、醫(yī)學、航空航天、機械制造等重要領域之中。
數(shù)值計算方法，簡稱為計算方法，是學習和了解科學計算的橋梁，是一門實用性很強、應用廣泛的數(shù)學基礎課。 它主要研究適合于計算機使用的求解各種數(shù)學問題的數(shù)值計算方法，分析各種算法中的數(shù)學機理，設計和進行數(shù)值實驗，分析數(shù)值實驗中產生的誤差，是一門內容豐富、研究方法深刻、有自身理論體系的數(shù)學課程。
《計算方法及其應用》主要內容包括函數(shù)的插值和擬合、數(shù)值積分和數(shù)值微分、非線性方程的數(shù)值解法、解線性方程組的直接法和迭代法、常微分方程的數(shù)值解法、矩陣的特征值和特征向量的計算。其案例豐富，且每章后面都配備了上機實驗，實驗內容與該章內容密切結合，有助于學生理解和運用所學的各種算法，提高了學生學習興趣和應用計算機解決實際問題的能力。
《計算方法及其應用》共8章，編寫分工如下：第1~6章由王洋編寫，第7章由程曉亮編寫，第8章由滕飛編寫。《計算方法及其應用》在編寫過程中廣泛參閱了國內外相關教材和資料，在此謹向這些資料的作者表示誠摯的感謝。
限于編者的學識水平，書中不足之處在所難免，懇請讀者、同行和專家批評指正。我們期待《計算方法及其應用》能夠不斷完善，也期待有更優(yōu)秀的教材面試。
《計算方法及其應用》提供配套課件和習題參考答案，下載地址如下：課件習題參考答案
編者2019年5月
目錄
第1章 緒論 1
1.1計算方法的對象、 作用與特點1
1.2數(shù)值計算的誤差2
1.2.1誤差的來源2
1.2.2誤差的基本概念3
1.3有效數(shù)字4
1.3.1有效數(shù)字的定義4
1.3.2有效數(shù)字與相對誤差的關系5
1.4誤差定性分析與避免誤差傷害6
1.4.1數(shù)值穩(wěn)定算法7
1.4.2病態(tài)問題與良態(tài)問題9
1.4.3減少誤差的若干原則10
1.5向量和矩陣的范數(shù)11
1.5.1向量范數(shù)11
1.5.2矩陣范數(shù)12
習題14
第2章插值與擬合 16
2.1拉格朗日插值17
2.1.1插值多項式的存在唯一性17
2.1.2拉格朗日插值方法的構造17
2.1.3n次拉格朗日插值多項式19
2.1.4誤差估計20
2.1.5上機程序22
2.1.6算法評價23
2.2牛頓插值23
2.2.1多項式的逐次生成23
2.2.2差商及其性質24
2.2.3牛頓插值多項式25
2.2.4上機程序27
2.2.5算法評價28
2.3埃爾米特插值28
2.3.1三次埃爾米特插值多項式29
2.3.22n 1次埃爾米特插值多項式29
2.3.3誤差估計31
2.3.4上機程序32
2.3.5算法評價33
2.4分段插值33
2.4.1龍格現(xiàn)象33
2.4.2分段線性插值及誤差估計34
2.4.3上機程序36
2.4.4算法評價36
2.5樣條插值36
2.5.1三次樣條插值的M關系式（三彎矩方程）37
2.5.2三次樣條函數(shù)的m關系式（三轉角方程）39
2.5.3樣條插值函數(shù)誤差估計式41
2.6曲線擬合的最小二乘法41
2.6.1最小二乘法41
2.6.2多項式擬合42
2.6.3非線性擬合43
2.7數(shù)值實驗45
2.7.1實驗目的45
2.7.2實驗內容與要求45
2.7.3實驗題目48
習題48
第3章數(shù)值積分和數(shù)值微分50
3.1插值型求積公式51
3.1.1插值型求積公式的構造51
3.1.2求積余項和代數(shù)精度51
3.2牛頓-柯特斯積分53
3.2.1梯形積分53
3.2.2辛普森積分54
3.2.3牛頓-柯特斯積分系數(shù)55
3.3復化求積公式57
3.3.1復化梯形積分57
3.3.2復化辛普森積分58
3.3.3復合積分的自動控制誤差方法60
3.3.4上機程序61
3.4高斯求積公式62
3.4.1一點高斯公式62
3.4.2二點高斯公式62
3.4.3n點高斯公式63
3.5數(shù)值微分65
3.5.1差商與數(shù)值微分65
3.5.2插值型數(shù)值微分66
3.5.3樣條插值數(shù)值微分公式68
3.5.4上機程序68
3.6上機實驗69
3.6.1實驗目的69
3.6.2實驗內容與要求69
3.6.3實驗題目70
習題71
第4章非線性方程的數(shù)值解法73
4.1引言73
4.2對分法73
4.2.1對分法的數(shù)學依據和算法簡述73
4.2.2上機程序74
4.2.3算法評價75
4.3迭代法及其收斂性75
4.3.1不動點迭代格式75
4.3.2不動點迭代格式的收斂性定理77
4.3.3局部收斂性79
4.3.4收斂階79
4.4牛頓法80
4.4.1牛頓迭代公式的構造81
4.4.2牛頓法的幾何意義81
4.4.3牛頓法的收斂性81
4.4.4上機程序82
4.4.5算法評價83
4.5弦截法83
4.5.1弦截法迭代格式83
4.5.2弦截法的幾何意義84
4.5.3弦截法的收斂性84
4.5.4上機程序85
4.5.5算法評價85
4.6非線性方程組的牛頓法86
4.6.1二階非線性方程組的牛頓方法86
4.6.2高階非線性方程組的牛頓方法87
4.7上機實驗89
4.7.1實驗目的89
4.7.2實驗內容與要求89
4.7.3實驗題目91
習題91
第5章解線性方程組的直接法92
5.1引言92
5.2消元法93
5.2.1三角形方程組的解93
5.2.2高斯消去法93
5.3直接分解法99
5.3.1杜利特爾分解99
5.3.2追趕法101
5.3.3平方根法102
5.4直接法的舍入誤差分析105
5.5上機實驗108
5.5.1實驗目的108
5.5.2實驗內容與要求108
5.5.3實驗題目108
習題109
第6章解線性方程組的迭代法110
6.1引言110
6.2迭代法的一般理論110
6.2.1迭代格式的構造110
6.2.2迭代法的收斂性和誤差估計111
6.3雅可比迭代法113
6.3.1雅可比迭代法的構造113
6.3.2雅可比迭代法的收斂條件113
6.3.3雅可比迭代法的誤差估計115
6.3.4上機程序116
6.4高斯-塞德爾迭代法117
6.4.1高斯-塞德爾迭代法的構造117
6.4.2高斯-塞德爾迭代法的收斂條件118
6.4.3上機程序119
6.5超松弛迭代法120
6.5.1超松弛迭代法迭代格式的構造120
6.5.2超松弛迭代法的收斂條件120
6.5.3上機程序122
6.6上機實驗123
6.6.1實驗目的123
6.6.2實驗內容與要求123
6.6.3實驗題目123
習題123
第7章常微分方程的數(shù)值解法125
7.1引言125
7.2歐拉方法126
7.2.1顯式歐拉公式126
7.2.2隱式歐拉公式126
7.2.3改進的歐拉公式127
7.2.4歐拉方法的誤差估計129
7.2.5上機程序131
7.3龍格-庫塔方法131
7.3.1龍格-庫塔方法的基本思想131
7.3.2二階龍格-庫塔公式132
7.3.3高階龍格-庫塔公式133
7.4單步法的收斂性與穩(wěn)定性133
7.4.1收斂性與相容性133
7.4.2穩(wěn)定性134
7.5線性多步方法137
7.5.1線性多步方法的基本思想137
7.5.2阿當姆斯外插公式及其誤差138
7.5.3阿當姆斯內插公式139
7.6一階微分方程組和高階微分方程的數(shù)值解法140
7.6.1一階微分方程組的數(shù)值解法140
7.6.2高階常微分方程141
7.6.3算法評價141
7.7上機實驗142
7.7.1實驗目的142
7.7.2實驗內容與要求142
7.7.3實驗題目144
習題144
第8章矩陣的特征值和特征向量的計算146
8.1引言146
8.2冪法與反冪法146
8.2.1冪法146
8.2.2反冪法150
8.3雅可比方法151
8.3.1實對稱矩陣的旋轉正交相似變換151
8.3.2雅可比方法及其收斂性153
習題156
參考文獻157
書單推薦
