離散化と数値積分とは? わかりやすく解説

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離散化と数値積分

出典: フリー百科事典『ウィキペディア(Wikipedia)』 (2021/11/30 23:37 UTC 版)

数値解析」の記事における「離散化と数値積分」の解説

2時間レースで、自動車速度3回測定した結果次表のようになっている時間 0:20 1:00 1:40km/h 140 150 180 離散化とは、この場合0:00 から 0:40 までの自動車速度一定とみなし、同様に 0:40 から 1:20 までと、1:20 から 2:00 までも一定とみなすことである。すると、最初40分の走行距離は約 (2/3h x 140 km/h)=93.3 km となる。したがって、全走行距離は 93.3 km + 100 km + 120 km = 313.3 km見積もられる。これがリーマン和使った一種数値積分である(走行距離速度積分であるため)。 悪条件問題: 関数 f(x) = 1/(x − 1) を考える。f(1.1) = 10 で f(1.001) = 1000 である。x が 0.1範囲内変化したとき、f(x) は約1000変化する。この f(x) の x = 1 での評価悪条件問題である。 良条件問題: 対照的に関数 f ( x ) = x {\displaystyle f(x)={\sqrt {x}}} は連続であるため、その評価は良条件である。 直接解法は、問題の解を有限個のステップ計算する。その解は、演算精度無限ならば正確である。例えば、線型方程式系を解くガウスの消去法QR分解線形計画問題シンプレックス法などがある。実際に有限な浮動小数点数使われるため、得られる解は近似値となる。 これに対して反復解法一定のステップ数完了するとは限らない。ある初期予測値から開始して反復的に計算行って徐々に解に収束させていく。一般にこの場合、たとえ無限の精度計算したとしても、有限回の反復では正確なにたどり着くことはない。例として、ニュートン法二分法ヤコビ法などがある。数値線形代数大規模な問題には、反復解法一般に必要とされる数値解析では、反復解法直接解法よりも一般的である。いくつかの手法基本的に直接解法だが、GMRES法共役勾配法どのように反復解法として使うことも多い。これらの技法では厳密解を得るために必要なステップ数大きくなるため、反復解法として近似解利用する

※この「離散化と数値積分」の解説は、「数値解析」の解説の一部です。
「離散化と数値積分」を含む「数値解析」の記事については、「数値解析」の概要を参照ください。

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