试位法是计算作为一个方程的根的未知量的一种方法,是先做出一个或者一些估计,再从这个或者这些估计出发并根据未知量的性质求出代求的未知量。试位法类似于二分法,也是将含根区间逐渐缩小,但它并不是单一的二分区间,而是利用区间两个端点的线性插值来求一个近似根。1
背景试位法(False Position)(in Latin,regula falsi)试位法是在计算机工具非常落后
的条件下人们为了改进二分法而得到的一个方法。由于算法原理有其合理性的一面,所以在如今的计算机条件下,在一些特定条件下还可继续发挥作用。
与二分法类似,假设
在区间
上连续且满足
。二分法中使用
的重点进行下一次迭代,尽管二分法是极其有效的求根技术,但是这种强力的算法还是相当低效的。二分法的一个缺点是:在等分区间
的过程中,没有考虑函数值
和
的大小。比如,如果
比
更加接近0,那么根很可能更加接近
而不是
。
一个可行的方法,如右图中表示的,通过一条直线连接
和
。这条直线和x轴的交点表示改进根的估计值。因为在这个根的求解中用直线代替了曲线,所以这个算法称为“试位法”,或者拉丁文称为“regula falsi”,该算法也称为“线性插值方法”。
根据相似三角形,直线与x轴的交点估计值如下式:
解得

该公式即为试位公式,
的值用该公式计算,
作为第一次近似根,将区间
分成
和
两个区间,如果
,则根在区间
中,否则根在区间
中,用新得到的根区间重复上述步骤,直到近似根
满足一定的要求。2
可以预期,如果
在
上的图像非常接近的一条直线,那么
试位法的效果会明显优于二分法。然而实际情况并非总是如此,有时候也会不尽人意。如图,如果区间
的长度比较大,曲线
在
内拐弯比较大(一阶导数值突然急剧增长),在这种情况下,试位法的效果一下子变得非常糟糕,反而不如二分法。
在右图所示的情况下,试位法出现了一个端点总是不动的情形,因此近似根只从一端收敛域精确根,我们并不希望这种情况的出现,因为它减慢了收敛速度。尤其当初始区间很大或函数在区间内偏离线性近似很远时收敛更慢。为了消除这种情况下的负面影响,可以对试位法做相应改进。
在改进的试位法中,如果一个端点重复两次或更多次作为新的含根区间的端点(称为不动点),则我们将这个点的函数值乘以一个大于0小于1的常数因子w,比如可以取w=0.5,其目的是为了是的线性插值的根更接近于精确根。这种改进真正体现了“试位”的思想。3
本词条内容贡献者为:
尹维龙 - 副教授 - 哈尔滨工业大学试位法
图文简介
试位法是计算作为一个方程的根的未知量的一种方法,是先做出一个或者一些估计,再从这个或者这些估计出发并根据未知量的性质求出代求的未知量。试位法类似于二分法,也是将含根区间逐渐缩小,但它并不是单一的二分区间,而是利用区间两个端点的线性插值来求一个近似根。
- 来源: 科普中国科学百科
- 上传时间:2018-06-24
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