牛顿迭代法求求一个数的算术*方根

产生背景: 牛顿迭代法Newton's method)又称为牛顿-拉夫逊方法(Newton-Raphson
method)
,它是牛顿在17世纪提出的一种在实数域和复数域上*似求解方程的方法。多数方程不存在求根公式,因此求精确根非常困难,甚至不可能,从而寻找方程的*似根就显得特别重要。方法使用函数f(x)的泰勒级数的前面几项来寻找方程f(x)
= 0的根。牛顿迭代法是求方程根的重要方法之一,其最大优点是在方程f(x) =
0的单根附*具有*方收敛,而且该法还可以用来求方程的重根、复根,此时线性收敛,但是可通过一些方法变成超线性收敛。另外该方法广泛用于计算机编程中。
牛顿迭代公式

  设r是f(x) = 0的根,选取x0作为r初始*似值,过点(x0,f(x0))做曲线y = f(x)的切线L,L的方程为y = f(x0)+f'(x0)(x-x0),求出L与x轴交点的横坐标 x1 = x0-f(x0)/f'(x0),称x1为r的一次*似值。过点(x1,f(x1))做曲线y = f(x)的切线,并求该切线与x轴交点的横坐标 x2 = x1-f(x1)/f'(x1),称x2为r的二次*似值。重复以上过程,得r的*似值序列,其中x(n+1)=x(n)-f(x(n))/f'(x(n)),称为r的n+1次*似值,上式称为牛顿迭代公式

  解非线性方程f(x)=0的牛顿法是把非线性方程线性化的一种*似方法。把f(x)在x0点附*展开成泰勒级数 f(x) = f(x0)+(x-x0)f'(x0)+(x-x0)^2*f''(x0)/2! +…
取其线性部分,作为非线性方程f(x) = 0的*似方程,即泰勒展开的前两项,则有f(x0)+f'(x0)(x-x0)=0
设f'(x0)≠0则其解为x1=x0-f(x0)/f'(x0) 这样,得到牛顿法的一个迭代序列:x(n+1)=x(n)-f(x(n))/f'(x(n))。

 

牛顿迭代法示意图

  军人在进攻时常采用交替掩护进攻的方式,若在数轴上的点表示A,B两人的位置,规定在前面的数大于后面的数,则是A>B,B>A交替出现。但现在假设军中有一个胆小鬼,同时大家又都很照顾他,每次冲锋都是让他跟在后面,每当前面的人占据一个新的位置,就把位置交给他,然后其他人再往前占领新的位置。也就是A始终在B的前面,A向前迈进,B跟上,A把自己的位置交给B(即执行B
= A操作),然后A 再前进占领新的位置,B再跟上……直到占领所有的阵地,前进结束。像这种两个数一前一后逐步向某个位置逼*的方法称之为迭代法。

  迭代法也称辗转法,是一种不断用变量的旧值递推新值的过程,跟迭代法相对应的是直接法(或者称为一次解法),即一次性解决问题。迭代算法是用计算机解决问题的一种基该方法。它利用计算机运算速度快、适合做重复性操作的特点,让计算机对一组指令(或一定步骤)进行重复执行,在每次执行这组指令(或这些步骤)时,都从变量的原值推出它的一个新值。

  利用迭代算法解决问题,需要做好以下三个方面的工作:

  一、确定迭代变量。在可以用迭代算法解决的问题中,至少存在一个直接或间接地不断由旧值递推出新值的变量,这个变量就是迭代变量。

 

      二、建立迭代关系式。所谓迭代关系式,指如何从变量的前一个值推出其下一个值的公式(或关系)。迭代关系式的建立是解决迭代问题的关键,通常可以使用递推或倒推的方法来完成。

  三、对迭代过程进行控制。在什么时候结束迭代过程?这是编写迭代程序必须考虑的问题。不能让迭代过程无休止地重复执行下去。迭代过程的控制通常可分为两种情况:一种是所需的迭代次数是个确定的值,可以计算出来;另一种是所需的迭代次数无法确定。对于前一种情况,可以构建一个固定次数的循环来实现对迭代过程的控制;对于后一种情况,需要进一步分析出用来结束迭代过程的条件。 (摘自百度百科:http://baike.baidu.com/view/643093.htm)

参考代码如下:

/**

只考虑非负实数的算术*方根,

如果要考虑完全,则自己再修改

*/

#include <iostream>
#include <math.h>

using namespace std;

int main()
{
    double a ;
    cin>>a ;
    double x = 1 ;
    while(x*x - a > 0.0000001 || x*x - a < -0.0000001)
    {
       x = (x + a/x)/2 ;
    }
    cout<< fabs(x) ;
    return 0;
}

原文地址:https://www.cnblogs.com/ronaldHU/p/2714344.html