Математические методы Метод Жардана-Гаусса

 

      ПЛАН

Постановка  задачи

Теоретическая часть

Методы решения примененные в программе

Метод Гаусса.

Метод Жордана-Гаусса.

Краткое описание среды визуальной разработки Delphi

Таблица основных обозначений программы.

Описание процедур и алгоритм роботы программы

Текст программы.

Файл-модуль unit1.pas

Файл-модуль unit2.pas

Файл проекта - Project1.dpr:

Результат работы программы.

Инструкция по работе с программой

Использованная  Литература

 

      Постановка  задачи

 

     Составить программу для решения систем линейных уравнений размером n на n методом Гауса и Жордана-Гаусса.

 

      Теоретическая часть

     Методы  решения примененные  в программе

     Метод Гаусса

 

     Метод Гаусса решения систем линейных уравнений  состоит в последовательном исключении неизвестных и описывается следующей процедурой.

     С помощью элементарных преобразований над строками и перестановкой столбцов расширенная матрица системы может быть приведена к виду 

       

     Эта матрица является расширенной матрицей системы 

       

     которая эквивалентна исходной системе 

     Заметим, что перестановка столбцов означает перенумерацию переменных. На практике обычно избегают этой процедуры, приводя расширенную матрицу к ступенчатому виду путем элементарных преобразований над строками.

     Если  хотя бы одно из чисел  отлично от нуля, то система несовместна. Если же , то система совместна и можно получить явное выражение для базисных неизвестных через свободных неизвестных

     Метод Жордана-Гаусса.

 

     Элементарные  преобразования этого метода аналогичны методу Гаусса, только матрица при использовании этого метода приводится к виду, тоесть столбец свободных коэффициентов превращается в столбец корней. 

     

     Краткое описание среды визуальной разработки Delphi

 

     Среда Delphi - это сложный механизм, обеспечивающий высокоэффективную работу программиста. Визуально она реализуется несколькими одновременно раскрытыми на экране окнами. Окна могут перемещаться по экрану, частично или полностью перекрывая друг друга, что обычно вызывает у пользователя, привыкшего к относительной “строгости” среды текстового процессора Word или табличного процессора Excel, ощущение некоторого дискомфорта. После приобретения опыта работы с Delphi это ощущение пройдет, и вы научитесь быстро отыскивать нужное окно, чтобы изменить те или иные функциональные свойства создаваемой вами программы, ибо каждое окно несет в себе некоторую функциональность, т. е. предназначено для решения определенных задач.

     Запустите Delphi - и вы увидите нечто, похожее  на 

       

     На  рисунке изображены шесть наиболее важных окон Delphi: главное окно, окно Дерева объектов (Object Tree View), окно Инспектора объектов, окно браузера, окно формы и окно кода программы.

     Чтобы упорядочить окна так, как они  показаны на рисунке, вам придется вручную изменять их положение и размеры, т. к. обычно окно кода программы почти полностью перекрыто окном формы. Впрочем, добиваться максимального сходства того, что вы видите на экране вашего ПК, с изображением, показанным на рисунке, вовсе не обязательно: расположение и размеры окон никак не влияют на их функциональностью.

     Замечу, что при первом запуске Delphi поверх всех окон появится окно 

       

     С помощью этого окна вы сможете  получить доступ к Web-страницам корпорации Inprise для просмотра самой свежей информации о корпорации и ее программных  продуктах, копирования дополни  тельных файлов, чтения ответов на наиболее часто задаваемые вопросы и т. д. При повторных запусках Delphi это окно появляется автоматически с некоторой периодичностью, определяемой настройками на странице окна Tolls | Environment Options, связанной с закладкой Delphi Direct. Вы также сможете его вызвать в любой момент с помощью опции Help | Delphi Direct главного меню.

 

      Таблица основных обозначений  программы.

Обозначение	Описание	Модуль
maxr	Константа для  ограничения максимального размера системы	Unit2
arys, ary2s	Типы данных для переменных, в которых хранятся значения коэффициентов системы	Unit2
Gauss1	Процедура для  решения системы линейных уравнений  методом Гаусса	Unit2
Gaussj	Процедура для  решения системы линейных уравнений  методом Жордана-Гаусса	Unit2
i,j,l	Счетчики	Unit1
prover	Промежуточная переменная типа String, используется для проверки наличия букв среди коэффициентов системы, а также для замены «.» на «,».	Unit1
S	Переменная  для хранения размера матрицы	Unit1
k	Переменная  для хранения длины строчки хранящейся в переменной prover.	Unit1
dl	Переменная  для проверки размера системы.	Unit1
MainMenu1	Меню программы.	Unit1
File1, New1, Save1, Exit1	Пункты меню.	Unit1
Matrix, Coef, Gauss, Jgauss	Таблицы для  ввода элементов системы и вывода результатов расчета.	Unit1
XPManifest1	Компонент, который дает программе возможность использовать оформление Windows.	Unit1
SaveDialog1	Диалоговое  окно для сохранения результатов.	Unit1
Button1, Button2	Кнопки для  запуска процедур решения системы.	Unit1
New1Click	Процедура, которая выполняется после выбора пункта меню New.	Unit1
Button1Click	Процедура, которая выполняется после нажатия кнопки Gauss.	Unit1
Button2Click	Процедура, которая  выполняется после нажатия кнопки J-Gauss.	Unit1
Save1Click	Процедура, которая  выполняется после выбора пункта меню Save.	Unit1
Exit1Click	Процедура, которая  выполняется после выбора пункта меню Exit.	Unit1
Form1	Собственно  окно программы.	Unit1

     Описание  процедур и алгоритм роботы программы

 

     В программу включены следующие процедуры : «gauss1», «gaussj», «New1Click», «Button1Click», «Button2Click», «Save1Click», «Exit1Click». С каждой из них мы ознакомимся ниже.

     Процедура «gauss1» выполняет проверку системы на сходимость и решение методом Гаусса.

     Процедура «gaussj» выполняет проверку системы на сходимость и решение методом Жордана-Гаусса.

     Процедура «New1Click» выполняется после выбора пункта меню «New» или сразу после запуска программы и выполняет чтение размера системы и устанавливает размер таблиц для ввода коэффициентов системы.

     Процедура «Button1Click» считывает коэффициенты системы, проверяет корректность ввода коэффициентов и заменяет при необходимости «.» на «,». Потом запускает процедуру «gauss1» для решения системы и выводит результаты.

     Процедура «Button2Click» считывает коэффициенты системы, проверяет корректность ввода коэффициентов и заменяет при необходимости «.» на «,». Потом запускает процедуру «gaussj» для решения системы и выводит результаты.

     Процедура «Save1Click» запускает диалог сохранения файлов и выполняет сохранение результатов.

     Процедура «Exit1Click» - Выход из программы.

     Текст программы.

     Файл-модуль unit1.pas

     unit Unit1;

 

      interface 

     uses

       Windows, Messages, SysUtils, Variants, Classes, Graphics, Controls, Forms,

       Dialogs, Menus, XPMan, StdCtrls, Grids, unit2; 

     type

      TForm1 = class(TForm)

      Coef: TStringGrid;

      Gauss: TStringGrid;

      Jgauss: TStringGrid;

      Button1: TButton;

      Button2: TButton;

      XPManifest1: TXPManifest;

      SaveDialog1: TSaveDialog;

      MainMenu1: TMainMenu;

      File1: TMenuItem;

      New1: TMenuItem;

      Save1: TMenuItem;

      Exit1: TMenuItem;

      Matrix: TStringGrid;

      procedure New1Click(Sender: TObject);

      procedure Button1Click(Sender: TObject);

      procedure Button2Click(Sender: TObject);

      procedure Save1Click(Sender: TObject);

      procedure Exit1Click(Sender: TObject);

      private

      { Private declarations }

      public

      { Public declarations }

      end; 

     var

      Form1: TForm1;

      s:integer; 

     implementation 

     {$R *.dfm} 

     procedure TForm1.Exit1Click(Sender: TObject);

     begin

     close;

     end; 

     procedure TForm1.New1Click(Sender: TObject);

       var i,dl:integer;

       prover:string;

     begin

       form1.Enabled:=false;

       repeat

       prover:=inputbox('Введите размер системы','Значение между 2 и 20','2');

       dl:=length(prover);

       if dl=0 then showmessage('Введите размер системы') else

       begin

       if (dl=1) and (prover<'9') and (prover>'0') then s:=trunc(strtofloat(prover))

       else

       begin

       for i:=1 to dl do

       begin

       if prover[i]>'9' then

       begin

       showmessage('Введите число');

       break;

       end

       else if i=dl then s:=trunc(strtofloat(inputbox('Введите размер системы','Значение между 2 и 20','2')));

       end;

       end;

       end;

       until (s>=2) and (s<=maxr);

       form1.Enabled:=true;

      matrix.RowCount:=s+1;

      matrix.ColCount:=s+1;

      gauss.colCount:=s+1;

       coef.rowCount:=s+1;

       jgauss.colCount:=s+1;

       coef.Cells[1,0]:='B';

       gauss.Cells[0,1]:='Gauss';

       jgauss.Cells[0,1]:='J-Gauss';

       for i:=1 to s do

       begin

       matrix.Cells[0,i]:=floattostr(i);

       matrix.Cells[i,0]:='A'+floattostr(i);

       coef.Cells[0,i]:=floattostr(i);

       gauss.Cells[i,0]:='X'+floattostr(i);

       jgauss.Cells[i,0]:='X'+floattostr(i);

       end;

      end;

     procedure TForm1.Button1Click(Sender: TObject);

       var a:ary2s;

       x,y:arys;

       error:boolean;

      i,j,l,K:integer;

      prover:string;

     begin

     {Считывание  массивов с исходными данными  и проверка '.' или ','}

     {***********************************************}

      for i:=1 to s do

      for j:=1 to s do

      begin

      prover:=matrix.Cells[j,i];

      k:=length(prover);

       if k=0 then

       begin

       showmessage('Вы не ввели один или несколько элементов системы.');

       exit;

       end;

       for l:=1 to length(prover) do

       if prover[l]='.' then prover[l]:=','

       else if prover[l]>'9' then

       begin

       showmessage('В качестве одного или нескольких элементов системы введена буква. Замените их на числа!');

       exit;

       end;

       matrix.Cells[j,i]:=prover;

       a[i,j]:=strtofloat(matrix.cells[j,i]);