Python数值分析之二分法求解

# 内联显示matplotlib输出
%matplotlib inline
# 导入相关模块
import math
import matplotlib
import numpy as np
import matplotlib.pyplot as plt
from prettytable import PrettyTable
# 绘制f(x)的图像
e = math.e

x = np.arange(0, 1, 0.01)

def f(x):
    y = e**x + 4*x**3 + 2*x**2 + x - 2
    return y

plt.figure(facecolor='white',edgecolor='white')

plt.xticks(np.arange(min(x), max(x)+1, 0.1))

plt.title('$ f(x) = e^x + 4*x^3 + 2*x^2 + x - 2 $')

plt.grid(True)

plt.plot(x, f(x))

plt.show()
output_8_0.png

2. 二分法求解 f(x)在[0, 1]区间上的根

# 二分法求根

class FError(Exception):
    pass

def dichotomy(f, interval, error, m):
    '''二分法求方程根
    Args:
        f: 方程
        interval: 有根区间数组
        error: 允许的迭代误差
        m: 最大迭代次数

    Returns:
        如果在最大迭代次数内得到了满足要求的根, 则返回该值

    Raises:
        参数错误,超出最大迭代次数
    '''
    n = 0
    c = 0
    x = 0
    temp = 0

#     try:
    if 2 == len(interval):
        (a, b) = interval
        if (a > b):
            print(f'[{a}, {b}]区间无解')
            return
        if f(a)==0:
            return a
        if f(b)==0:
            return b
        if (f(a)*f(b)>0):
            print('f(a), f(b)同号')
            return

    table = PrettyTable(['迭代次数', 'a', 'b', 'x', 'f(x)'])

    while (n<m):
        plt.plot([a, b], [f(a), f(b)])

        if (b-a) < error:
            break

        # 取a,b中点x
        x = (a+b)/2

        y = f(x)

        table.add_row([n+1, a, b, x, y])

        # 若f(x)=0,返回x
        if f(x)==0:
            break
        # 取函数值异号两项作为新区间
        elif (f(x)*f(a)<0):
            b = x
        elif (f(x)*f(b)<0):
            a = x
        n += 1

    print(table)

x = np.arange(0, 1, 0.01)

plt.figure(facecolor='white',edgecolor='white')

plt.xticks(np.arange(min(x), max(x)+1, 0.1))

plt.title('$ f(x) = e^x + 4*x^3 + 2*x^2 + x - 2 $')

plt.grid(True)

plt.plot(x, f(x))

dichotomy(f, [0, 1], 10**-4, 20)

plt.show()

+----------+-----------------+----------------+------------------+------------------------+
| 迭代次数 |        a        |       b        |        x         |          f(x)          |
+----------+-----------------+----------------+------------------+------------------------+
|    1     |        0        |       1        |       0.5        |   1.1487212707001282   |
|    2     |        0        |      0.5       |       0.25       |  -0.2784745833122586   |
|    3     |       0.25      |      0.5       |      0.375       |  0.32217891461820125   |
|    4     |       0.25      |     0.375      |      0.3125      | -0.0032792463262036886 |
|    5     |      0.3125     |     0.375      |     0.34375      |  0.15277974586321097   |
|    6     |      0.3125     |    0.34375     |     0.328125     |  0.07313118351443926   |
|    7     |      0.3125     |    0.328125    |    0.3203125     |  0.03452725444645388   |
|    8     |      0.3125     |   0.3203125    |    0.31640625    |  0.015525081793443807  |
|    9     |      0.3125     |   0.31640625   |   0.314453125    |  0.006098281683223128  |
|    10    |      0.3125     |  0.314453125   |   0.3134765625   | 0.0014033704793536828  |
|    11    |      0.3125     |  0.3134765625  |  0.31298828125   | -0.0009394732466017075 |
|    12    |  0.31298828125  |  0.3134765625  |  0.313232421875  | 0.00023156460100803855 |
|    13    |  0.31298828125  | 0.313232421875 | 0.3131103515625  | -0.000354050303566833  |
|    14    | 0.3131103515625 | 0.313232421875 | 0.31317138671875 | -6.126684935581217e-05 |
+----------+-----------------+----------------+------------------+------------------------+
output_10_1.png
©著作权归作者所有,转载或内容合作请联系作者
  • 序言:七十年代末,一起剥皮案震惊了整个滨河市,随后出现的几起案子,更是在滨河造成了极大的恐慌,老刑警刘岩,带你破解...
    沈念sama阅读 219,635评论 6 508
  • 序言:滨河连续发生了三起死亡事件,死亡现场离奇诡异,居然都是意外死亡,警方通过查阅死者的电脑和手机,发现死者居然都...
    沈念sama阅读 93,628评论 3 396
  • 文/潘晓璐 我一进店门,熙熙楼的掌柜王于贵愁眉苦脸地迎上来,“玉大人,你说我怎么就摊上这事。” “怎么了?”我有些...
    开封第一讲书人阅读 165,971评论 0 356
  • 文/不坏的土叔 我叫张陵,是天一观的道长。 经常有香客问我,道长,这世上最难降的妖魔是什么? 我笑而不...
    开封第一讲书人阅读 58,986评论 1 295
  • 正文 为了忘掉前任,我火速办了婚礼,结果婚礼上,老公的妹妹穿的比我还像新娘。我一直安慰自己,他们只是感情好,可当我...
    茶点故事阅读 68,006评论 6 394
  • 文/花漫 我一把揭开白布。 她就那样静静地躺着,像睡着了一般。 火红的嫁衣衬着肌肤如雪。 梳的纹丝不乱的头发上,一...
    开封第一讲书人阅读 51,784评论 1 307
  • 那天,我揣着相机与录音,去河边找鬼。 笑死,一个胖子当着我的面吹牛,可吹牛的内容都是我干的。 我是一名探鬼主播,决...
    沈念sama阅读 40,475评论 3 420
  • 文/苍兰香墨 我猛地睁开眼,长吁一口气:“原来是场噩梦啊……” “哼!你这毒妇竟也来了?” 一声冷哼从身侧响起,我...
    开封第一讲书人阅读 39,364评论 0 276
  • 序言:老挝万荣一对情侣失踪,失踪者是张志新(化名)和其女友刘颖,没想到半个月后,有当地人在树林里发现了一具尸体,经...
    沈念sama阅读 45,860评论 1 317
  • 正文 独居荒郊野岭守林人离奇死亡,尸身上长有42处带血的脓包…… 初始之章·张勋 以下内容为张勋视角 年9月15日...
    茶点故事阅读 38,008评论 3 338
  • 正文 我和宋清朗相恋三年,在试婚纱的时候发现自己被绿了。 大学时的朋友给我发了我未婚夫和他白月光在一起吃饭的照片。...
    茶点故事阅读 40,152评论 1 351
  • 序言:一个原本活蹦乱跳的男人离奇死亡,死状恐怖,灵堂内的尸体忽然破棺而出,到底是诈尸还是另有隐情,我是刑警宁泽,带...
    沈念sama阅读 35,829评论 5 346
  • 正文 年R本政府宣布,位于F岛的核电站,受9级特大地震影响,放射性物质发生泄漏。R本人自食恶果不足惜,却给世界环境...
    茶点故事阅读 41,490评论 3 331
  • 文/蒙蒙 一、第九天 我趴在偏房一处隐蔽的房顶上张望。 院中可真热闹,春花似锦、人声如沸。这庄子的主人今日做“春日...
    开封第一讲书人阅读 32,035评论 0 22
  • 文/苍兰香墨 我抬头看了看天上的太阳。三九已至,却和暖如春,着一层夹袄步出监牢的瞬间,已是汗流浃背。 一阵脚步声响...
    开封第一讲书人阅读 33,156评论 1 272
  • 我被黑心中介骗来泰国打工, 没想到刚下飞机就差点儿被人妖公主榨干…… 1. 我叫王不留,地道东北人。 一个月前我还...
    沈念sama阅读 48,428评论 3 373
  • 正文 我出身青楼,却偏偏与公主长得像,于是被迫代替她去往敌国和亲。 传闻我的和亲对象是个残疾皇子,可洞房花烛夜当晚...
    茶点故事阅读 45,127评论 2 356

推荐阅读更多精彩内容