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共轭梯度法是一种高效求解线性方程组和优化问题的迭代算法。它属于共轭方向法家族,特点是通过迭代点的负梯度方向构造搜索方向,兼具梯度下降法的局部特性和共轭方向法的全局收敛性。
核心思想 利用当前迭代点的负梯度方向与前一搜索方向线性组合,构造新的共轭方向 在每一步迭代中沿共轭方向精确线搜索,保证N步内收敛(N为问题维度) 通过递推公式避免存储整个系数矩阵,适合大规模稀疏问题
算法优势 内存效率高:仅需存储少量向量 收敛速度快:优于最速下降法 适用性广:可求解对称正定线性系统,也可扩展至非线性优化
实现关键 需设计步长计算、残差更新和方向修正的迭代流程,并设置合理的收敛判定条件。常见的改进包括预处理技术加速收敛、重启策略防止数值误差累积等。该算法在机器学习、有限元分析等领域有重要应用。