牛顿迭代法

设r是



的根，选取



作为r的初始近似值，过点



做曲线



的切线L，L的方程为



，求出L与x轴交点的横坐标



，称x1为r的一次近似值。过点



做曲线



的切线，并求该切线与x轴交点的横坐标



，称



为r的二次近似值。重复以上过程，得r的近似值序列，其中，



称为r的



次近似值，上式称为牛顿迭代公式。

用牛顿迭代法解非线性方程，是把非线性方程



线性化的一种近似方法。把



在点



的某邻域内展开成泰勒级数



，取其线性部分（即泰勒展开的前两项），并令其等于0，即



，以此作为非线性方程



的近似方程，若



，则其解为



， 这样，得到牛顿迭代法的一个迭代关系式：



。

已经证明，如果是连续的，并且待求的零点是孤立的，那么在零点周围存在一个区域，只要初始值位于这个邻近区域内，那么牛顿法必定收敛。 并且，如果不为0, 那么牛顿法将具有平方收敛的性能. 粗略的说，这意味着每迭代一次，牛顿法结果的有效数字将增加一倍。[1]

军人在进攻时常采用交替掩护进攻的方式，若在数轴上的点表示A，B两人的位置，规定在前面的数大于后面的数，则是A>B，B>A交替出现。但现在假设军中有一个胆小鬼，同时大家又都很照顾他，每次冲锋都是让他跟在后面，每当前面的人占据一个新的位置，就把位置交给他，然后其他人再往前占领新的位置。也就是A始终在B的前面，A向前迈进，B跟上，A把自己的位置交给B（即执行B
= A），然后A 再前进占领新的位置，B再跟上，直到占领所有的阵地，前进结束。像这种两个数一前一后逐步向某个位置逼近的方法称为迭代法。

迭代法也称辗转法，是一种不断用变量的旧值递推新值的过程，跟迭代法相对应的是直接法（或者称为一次解法），即一次性解决问题。迭代算法是用计算机解决问题的一种基本方法。它利用计算机运算速度快、适合做重复性操作的特点，让计算机对一组指令（或一定步骤）重复执行，在每次执行这组指令（或这些步骤）时，都从变量的原值推出它的一个新值。

利用迭代算法解决问题，需要做好以下三个方面的工作：

一、确定迭代变量

在可以用迭代算法解决的问题中，至少存在一个可直接或间接地不断由旧值递推出新值的变量，这个变量就是迭代变量。

二、建立迭代关系式

所谓迭代关系式，指如何从变量的前一个值推出其下一个值的公式（或关系）。迭代关系式的建立是解决迭代问题的关键，通常可以使用递推或倒推的方法来完成。

三、对迭代过程进行控制

在什么时候结束迭代过程？这是编写迭代程序必须考虑的问题。不能让迭代过程无休止地执行下去。迭代过程的控制通常可分为两种情况：一种是所需的迭代次数是个确定的值，可以计算出来；另一种是所需的迭代次数无法确定。对于前一种情况，可以构建一个固定次数的循环来实现对迭代过程的控制；对于后一种情况，需要进一步分析得出可用来结束迭代过程的条件。

double func(double x) //函数
{
return x*x*x*x-3*x*x*x+1.5*x*x-4.0;
}
double func1(double x) //导函数
{
return 4*x*x*x-9*x*x+3*x;
}
int Newton(double *x,double precision,int maxcyc) //迭代次数
{
double x1,x0;
int k;
x0=*x;
for(k=0;k<maxcyc;k++)
{
if(func1(x0)==0.0)//若通过初值，函数返回值为0
{
printf("迭代过程中导数为0!\n");
return 0;
}
x1=x0-func(x0)/func1(x0);//进行牛顿迭代计算
if(fabs(x1-x0)<precision || fabs(func(x1））<precision) //达到结束条件
{
*x=x1; //返回结果
return 1;
}
else //未达到结束条件
x0=x1; //准备下一次迭代
}
printf("迭代次数超过预期！\n"); //迭代次数达到，仍没有达到精度
return 0;
}
int main()
{
double x,precision;
int maxcyc;
printf("输入初始迭代值x0:");
scanf("%lf",&x);
printf("输入最大迭代次数：");
scanf("%d",&maxcyc);
printf("迭代要求的精度：");
scanf("%lf",&precision);
if(Newton(&x,precision,maxcyc)==1） //若函数返回值为1
printf("该值附近的根为：%lf\n",x);
else //若函数返回值为0
printf("迭代失败！\n");
getch();
return 0;
}