Fix: Correct jacobi, gauss, cholesky

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2025-10-19 19:03:43 +02:00
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22
ex1.py
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@@ -1,22 +1,34 @@
import numpy as np
def resolve_up(A: np.array, b: np.array) -> np.array:
def resolve_up(A, b) -> list[float]:
"""
:param A: Une matrice
:param b: Un vecteur
:return:
"""
x = np.zeros(len(b))
for i in range(len(A) - 1, -1, -1):
right_of_diagonal = 0.0
for k in range(i+1, len(A)):
for k in range(i + 1, len(A)):
right_of_diagonal += A[i, k] * x[k]
x[i] = (b[i] - right_of_diagonal) / A[i,i]
x[i] = (b[i] - right_of_diagonal) / A[i, i]
return x
def resolve_down(A: np.array, b: np.array) -> np.array:
def resolve_down(A, b) -> list[float]:
"""
:param A: Une matrice
:param b: Un vecteur
:return:
"""
x = np.zeros(len(b))
for i in range(len(A)):
sum = 0.0
for k in range(i):
sum += A[i,k] * x[k]
sum += A[i, k] * x[k]
x[i] = (b[i] - sum) / A[i, i]
return x

72
ex2.py
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@@ -1,11 +1,29 @@
"""
Ici, on implémente gauss
"""
import numpy as np
from ex1 import resolve_up
from ex1 import resolve_up, resolve_down
def gauss(A: np.array, b: np.array) -> (np.array, np.array):
def est_symetrique_definie_positive(A) -> bool:
"""
Vérifie que A = A^t et que toutes les valeurs propres soit positive
:param A:
:return:
"""
# Symétrie (avec tolérance pour les flottants)
sym = np.allclose(A, A.T)
# Définie positive : toutes les valeurs propres > 0
valeurs_propres = np.linalg.eigvals(A)
definie_positive = np.all(valeurs_propres > 0)
return sym and definie_positive
def gauss(A, b):
"""
Pas de condition, mais pas optimal non plus.
:param A: Une matrice
:param b: Un vecteur
:return: A triangularisée et b modifié en conséquence.
"""
n = len(A)
for k in range(n): # k = pivot
for i in range(k+1, n): # i = ligne en dessous du pivot
@@ -13,24 +31,25 @@ def gauss(A: np.array, b: np.array) -> (np.array, np.array):
A[i, k:] -= g * A[k, k:] # row operation on A
b[i] -= g * b[k] # same row operation on b
return A, b # matrice triangularisé et le b modifié
return A, b # matrice triangularisée et le vecteur b modifié
def cholesky(A: np.array) -> np.array:
L = np.zeros(A)
L = np.sqrt(A[0, 0])
m = len(A)
# first column
for i in range(1, m):
L[i, 0] = A[i, 0] / L[0, 0]
# généralisation k = 2, ..., m
for k in range(1, m):
# diagonale
L[k, k] = np.sqrt(A[k, k] - np.sum(L[k, :k]**2))
for i in range(k+1, m):
for j in range(k-1):
L[i,k] = (A[i,k] - np.sum(L[i, j] * L[k, j])) / L[k, k]
def cholesky(A):
if not est_symetrique_definie_positive(A):
raise ValueError('Matrice non symétrique définie positive')
m = A.shape[0] # Taille de la matrice (m x m)
L = np.zeros_like(A, dtype=np.float32) # Matrice L initialisée à zéro
for j in range(m): # Parcourt chaque colonne j de 0 à m-1
for i in range(j, m): # Parcourt chaque ligne i de j à m-1
s = sum(L[i, k] * L[j, k] for k in range(j)) # Somme des produits L[i,k] * L[j,k] pour k < j
if i == j: # Élément diagonal
L[i, j] = np.sqrt(A[i, i] - s) # Calcul de la racine carrée pour la diagonale
else: # Élément hors diagonale
L[i, j] = (A[i, j] - s) / L[j, j] # Calcul des éléments hors diagonale
return L
@@ -47,8 +66,17 @@ if __name__ == '__main__':
A_triangle, b_gauss = gauss(A, b)
print(f"A triangulsarisée:\n {A_triangle}")
x = resolve_up(A, b_gauss)
x = resolve_up(A_triangle, b_gauss)
print(f"x={x}")
A = np.array([
[4, 1, 1, 1],
[1, 5, 2, 1],
[1, 2, 6, 2],
[1, 1, 2, 7]
])
L = cholesky(A)
print(f"L\n {L}")
print(f"L: {L}")
x = resolve_down(L, b)
print(f'x: {x}')

95
ex3.py
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@@ -5,81 +5,62 @@ import numpy as np
# D_inv = np.diag(1 / np.diag(A))
def to_D(A: np.array) -> np.array:
D = np.zeros_like(A)
for i in range(len(A)):
D[i, i] = A[i, i]
return D
def to_L(A: np.array) -> np.array:
L = np.zeros_like(A)
for i in range(len(A)):
for j in range(len(A)):
if i < j:
L[i, j] = A[i, j]
return L
def to_U(A: np.array) -> np.array:
U = np.zeros_like(A)
for i in range(len(A)):
for j in range(len(A)):
if i > j:
U[i, j] = A[i, j]
return U
def diag_strict_dominante(A) -> bool:
diag_sum = 0
for i in range(len(A)):
diag_sum += A[i, i]
other_sum = 0
for i in range(len(A)):
for j in range(len(A)):
if i != j:
other_sum += A[i, j]
return diag_sum > other_sum
"""
Pour chaque ligne, il faut que la somme des coefs non-diagonaux soit inférieure au coef diagonal
TOUT EST EN VALEUR ABSOLUE.
:param A:
:return:
"""
A = np.array(A)
n = len(A)
for i in range(n):
diag = abs(A[i,i])
row_sum = np.sum(np.abs(A[i,:])) - diag # On fait la somme de toute la ligne puis on soustrait le coef diagonal
if diag <= row_sum:
return False
return True
def jacobi(A, b):
def jacobi(A, b, epsilon=1e-6, max_iter=100_000):
if not diag_strict_dominante(A):
raise Exception('A doit être à diagnonale strictement dominante')
raise ValueError("A doit être à diagonale strictement dominante")
L = to_L(A)
U = to_U(A)
x0 = np.array([0,0,0])
epsilon = 1e-6
max_iter = 100_000
x = np.zeros_like(b, dtype=float)
L = np.tril(A, k=-1) # Partie triangulaire inférieure (sans diagonale)
U = np.triu(A, k=1) # Partie triangulaire supérieure (sans diagonale)
x = x0
for k in range(max_iter):
x_new = np.diag(1 / np.diag(A)) @ ((L + U) @ x) + np.diag(1 / np.diag(A)) @ b
if np.linalg.norm(x_new - x, ord=2) < epsilon or np.linalg.norm(b - A @ x_new, ord=2) < epsilon:
for _ in range(max_iter):
x_new = np.diag(1 / np.diag(A)) @ (b - (L + U) @ x)
if np.linalg.norm(x_new - x, ord=2) < epsilon:
break
x = x_new
return x
return x_new
def gauss_seidel(A, b):
x0 = np.array([0, 0, 0])
D = to_D(A)
L = to_L(A)
U = to_U(A)
D = np.diag(np.diag(A))
L = np.tril(A, k=-1)
U = np.triu(A, k=1)
epsilon = 1e-6
done = False
max_iter = 100_000
# Pré-calcul de l'inverse de (D - L) pour éviter de le recalculer à chaque itération
inv_D_minus_L = np.linalg.inv(D - L)
x = x0
while not done:
x_new = np.linalg.inv(D - L) @ U @ x + np.linalg.inv(D - L) @ b
for _ in range(max_iter):
x_new = inv_D_minus_L @ (-U @ x) + inv_D_minus_L @ b
done: bool = np.linalg.norm(x_new - x, ord=2) < epsilon
if np.linalg.norm(x_new - x, ord=2) < epsilon:
return x_new
x = x_new
return x
raise RuntimeError('Gauss-Seidel')
def relaxation(A, b, omega=1.0, epsilon=1e-6, max_iter=100_000):
@@ -113,9 +94,9 @@ if __name__ == '__main__':
b = np.array([1,0,0])
D = to_D(A)
L = to_L(A)
U = to_U(A)
D = np.diag(A)
L = np.tril(A)
U = np.triu(A)
res_jacobi = jacobi(A, b)
print(res_jacobi)

40
ex5.py
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@@ -4,6 +4,7 @@ import numpy as np
dich_steps = []
new_raph_steps = []
def f(x) -> float:
return np.exp(x) - 2 * np.cos(x)
@@ -26,18 +27,33 @@ def dichotomie(x_0, a, b, epsilon, n=0) -> float:
def f_prime(x) -> float:
return 1 + np.sin(x)
return np.exp(x) + 2 * np.sin(x)
def newton_raphson(x_0, epsilon) -> float:
x_1 = x_0 - (f(x_0) / f_prime(x_0))
new_raph_steps.append(x_1)
def newton_raphson(x_0, epsilon, max_iter=1_000) -> float | None:
"""
Condition : connaître la dérivée de f(x)
:param x_0:
:param epsilon:
:param max_iter:
:return:
"""
x = x_0
if np.abs(x_1 - x_0) < epsilon:
return x_1
elif np.abs(f(x_0)) < epsilon:
return x_1
return newton_raphson(x_1, epsilon)
for _ in range(max_iter):
x_prev = x
fx = f(x)
fpx = f_prime(x)
if np.abs(fx) < epsilon:
return x
elif fpx == 0:
return None
x = x - (fx / fpx)
new_raph_steps.append(x)
if np.abs(x - x_prev) < epsilon:
return x
return None
def ex1() -> None:
@@ -71,10 +87,10 @@ def ex1() -> None:
plt.show()
"""
La dichotomie à moins d'étape que NR, mais NR à l'air plus rapide,
comme Flash McQueen
La NR à moins d'étape que la dichotomie, NR à l'air rapide,
comme Flash McQueen (Kachow)
"""
if __name__ == '__main__':
ex1()
ex1()