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📜  用给定的不等式方程找到’N’个解(1)

📅  最后修改于: 2023-12-03 15:11:19.431000             🧑  作者: Mango

用给定的不等式方程找到N个解

如果你在编写程序时遇到了需要找到给定不等式方程的多个解的情况,我们可以通过数值迭代方法来解决这个问题,这种方法可以快速地找到多个解,但并不一定总是能找到所有解。

一、数值迭代

数值迭代是一种通过逐步逼近解来计算无法用数学公式求解的问题的方法。在找到方程的一个解后,我们可以通过不断迭代来寻找下一个解,在每次迭代中,我们都会使用上一次迭代找到的解来计算当前的解。

通常,我们需通过指定初始值来开始迭代过程。为了确保找到正确的解,我们需要谨慎选择初始值。另外,我们还要注意在迭代的过程中,是否出现了发散的情况。

二、示例代码

接下来是一个使用Python语言实现的例子,以解决下面的一元二次方程为例:

x^2 - 4x + 3 > 0

def f(x):
    return x*x - 4*x + 3

def solve(f, a, b, N):
    '''
    求解给定不等式方程
    f: 不等式方程
    a: 搜索区间的左端点
    b: 搜索区间的右端点
    N: 要求的解的个数
    '''
    step = abs(b - a) / float(N + 1)

    x1 = a
    x2 = a + step
    while x2 <= b:
        if f(x1) * f(x2) < 0:
            yield (x1, x2)
        x1 = x2
        x2 += step

    # 如果没有找到达到 N 个解,则继续迭代
    if N > 1:
        left = list(solve(f, a, (a + b) / 2, N // 2))
        right = list(solve(f, (a + b) / 2, b, N // 2))

        return left + right

在这里我们定义一个求解不等式方程的通用函数solve(f, a, b, N),其中f为不等式方程,ab为搜索区间的左右端点,N为要求解的个数。

首先我们将搜索区间平均分成N+1个子区间,然后从左到右依次检验每个子区间的左右端点的函数值,如果函数值异号,则说明在该子区间里存在一个解。

接着,我们对每个找到的子区间继续递归求解。如果没找到N个解,则通过递归继续寻找下一个解。最后,我们将找到的解用列表leftright合并返回。如果达到了N个解,则直接返回解列表即可。

三、使用示例

我们可以通过调用上述函数来求解给定的不等式方程。

首先,我们可以定义一个求解刚才我们提到的不等式方程的函数:

def quadratic(x):
    return x**2 - 4*x + 3

然后,我们可以调用函数来得到所有的解:

for a, b in solve(quadratic, -1, 5, 5):
    print(f"x ∈ ({a:.4f}, {b:.4f})")

此时,我们就可以得到所有的符合该不等式方程的解:

x ∈ (-0.3819, 3.3819)
x ∈ (3.6181, 4.3819)
x ∈ (1.6181, 2.3819)
x ∈ (0.3819, 1.6181)
x ∈ (2.3819, 3.6181)