Javakurs/Übungsaufgaben/Gauß-Algorithmus: Unterschied zwischen den Versionen

Version vom 5. April 2007, 13:59 Uhr

1.) Schreibt eine Methode printVektor(), die ein übergebenes, 1-dimensionales Array vom Typ double zeilenweise auf der Konsole ausgibt.

Mit welchen der während des Vortrages kennengelernten Schleifentypen lässt sich diese Methode realisieren?

2.) Schreibt nun eine Methode printMatrix(), die eine übergebenes, 2-dimensionales Array vom Typ double auf der Konsole ausgibt.

Testet eure beiden Methoden, indem ihr verschiedene Array deklariert und initialisiert, und anschließend den Methoden printVector() bzw. printMatrix() als Parameter übergebt.

3.) In dieser Aufgabe wollen wir eine Methode entwickeln, das mit Hilfe des gaußschen Eliminationsverfahrens ("Gauß-Algorithmus") ein lineares Gleichungssystem löst.

Macht euch zunächst mit Hilfe des Wikipedia-Artikels die prinzipielle Arbeitsweise des Algorithmus klar.

Ein lineares Gleichungssystem lässt sich in der Form Ax=b darstellen, wobei A die Koeffizientenmatrix, b der Zielvektor und x der gesuchte Lösungsvektor ist. Koeffizientenmatrix und Zielvektor lassen durch ein 2-dimensionales, bzw. durch ein 1-dimensionales Array darstellen. Eure Methode soll Koeffizientenmatrix und Zielvektor als Parameter übergeben bekommen, und den gesuchten Lösungsvektor als Rückgabewert haben. Bei eurer Implementierung braucht ihr die Pivotisierung vorerst nicht zu beachten.

Hinweise:

Der Algorithmus arbeitet in 2 Etappen:

1. Erzeugen der Zeilen-Stufen-Form

2. Bestimmen des Lösungsvektors durch rückwärtseinsetzen

Nutzt das bei Wikipedia angegebene Bespiel, um die korrekte Funktionsweise eures Programms zu überprüfen und eure in 1.) und 2.) entwickelten Methoden, um Matrix und Vektoren an bestimmten Stellen des Algorithmus zu debug-Zwecken auszugeben.

4.) Bis jetzt kann euer Algorithmus nur eindeutig lösbare Gleichungssysteme lösen. Erweitert euren Algorithmus um einige Fallunterscheidungen, so dass dieser bei Gleichungssystemen mit keiner bzw. undendlich vielen Lösungen jeweils den Rückgabewert "null" hat.

Hinweise:

Aussagen über die Lösbarkeit eines linearen Gleichungssystems kann man nach erzeugen der Zeilen-Stufen-Form treffen.

1.) Gibt es sogenannte Nullzeilen (alle Elemente einer Zeile der Koeffizientenmatrix und das Element der entsprechenden Zeile des Zielvektors sind 0), so existieren unendlich viele Lösungen.

2.) Sind alle Elemente einer Zeile der Koeffizientenmatrix gleich 0, das Element der entsprechenden Zeile des Zielvektors jedoch nicht, so hat das Gleichungssystem keine Lösung.

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 Mit welchen der während des Vortrages kennengelernten Schleifentypen lässt sich diese Methode realisieren?
-Schreibt diese Methode mit 2 von euch gewählten, verschiedenen Schleifentypen.
-Da wir uns erst morgen im Genaueren mit Methoden befassen werden, nutzt den angegebenen Methodenkopf für eure Implementierung.
- public static void printVector(double[] vector) {
-      ...
- }
-Nun könnt ihr die Methode in der main-Methode eurer Klasse benutzen.
 '''2.)''' Schreibt nun eine Methode printMatrix(), die eine übergebenes, 2-dimensionales Array vom Typ double auf der Konsole ausgibt.
-Nutzt folgenden Methodenkopf für eure Implementierung:
- public static void printMatrix(double[][] matrix) {
-      ...
- }
 Testet eure beiden Methoden, indem ihr verschiedene Array deklariert und initialisiert, und anschließend den Methoden printVector() bzw. printMatrix() als Parameter übergebt.
-'''3.)''' In dieser Aufgabe wollen wir ein Programm entwickeln, das mit Hilfe des gaußschen Eliminationsverfahrens ("Gauß-Algorithmus") ein lineares Gleichungssystem löst.
+'''3.)''' In dieser Aufgabe wollen wir eine Methode entwickeln, das mit Hilfe des gaußschen Eliminationsverfahrens ("Gauß-Algorithmus") ein lineares Gleichungssystem löst.
 Macht euch zunächst mit Hilfe des [http://de.wikipedia.org/wiki/Gau%C3%9Fsches_Eliminationsverfahren Wikipedia-Artikels] die prinzipielle Arbeitsweise des Algorithmus klar.
-Ein lineares Gleichungssystem lässt sich in der Form  Ax=b darstellen, wobei A die Koeffizientenmatrix, b der Zielvektor und x der gesuchte Lösungsvektor ist. Koeffizientenmatrix und Zielvektor lassen durch ein 2-dimensionales, bzw. durch ein 1-dimensionales Array darstellen. Am Ende der Berechnung soll das Programm den Lösungsvektor auf der Konsole ausgeben. Bei eurer Implementierung braucht ihr die Pivotisierung nicht zu beachten.
+Ein lineares Gleichungssystem lässt sich in der Form  Ax=b darstellen, wobei A die Koeffizientenmatrix, b der Zielvektor und x der gesuchte Lösungsvektor ist. Koeffizientenmatrix und Zielvektor lassen durch ein 2-dimensionales, bzw. durch ein 1-dimensionales Array darstellen. Eure Methode soll Koeffizientenmatrix und Zielvektor als Parameter übergeben bekommen, und den gesuchten Lösungsvektor als Rückgabewert haben. Bei eurer Implementierung braucht ihr die Pivotisierung vorerst nicht zu beachten.
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 Nutzt das bei Wikipedia angegebene Bespiel, um die korrekte Funktionsweise eures Programms zu überprüfen und eure in 1.) und 2.) entwickelten Methoden, um Matrix und Vektoren an bestimmten Stellen des Algorithmus zu debug-Zwecken auszugeben.
+'''4.)''' Bis jetzt kann euer Algorithmus nur eindeutig lösbare Gleichungssysteme lösen. Erweitert euren Algorithmus um einige Fallunterscheidungen, so dass dieser bei Gleichungssystemen mit keiner bzw. undendlich vielen Lösungen jeweils den Rückgabewert "null" hat.
+Hinweise:
+Aussagen über die Lösbarkeit eines linearen Gleichungssystems kann man nach erzeugen der Zeilen-Stufen-Form treffen.
+.) Gibt es sogenannte Nullzeilen (alle Elemente einer Zeile der Koeffizientenmatrix und das Element der entsprechenden Zeile des Zielvektors sind 0), so existieren unendlich viele Lösungen.
+.) Sind alle Elemente einer Zeile der Koeffizientenmatrix gleich 0, das Element der entsprechenden Zeile des Zielvektors jedoch nicht, so hat das Gleichungssystem keine Lösung.