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修正Cramer法则计算中行列式为0的问题

霞舞
发布: 2025-08-03 16:42:11
原创
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修正cramer法则计算中行列式为0的问题

本文旨在解决Cramer法则计算线性方程组时,行列式计算结果持续为0的问题。通过分析代码,找出问题所在,并提供修正后的代码示例,确保Cramer法则能够正确应用于求解线性方程组。重点在于理解Cramer法则的正确使用方式,以及如何避免因实例化多个对象而导致的逻辑错误。

Cramer法则及其应用

Cramer法则是一种求解线性方程组的有效方法,它通过计算系数矩阵的行列式以及替换列后的行列式来求解未知数。对于一个包含n个未知数的n个线性方程组,Cramer法则提供了一种直接计算每个未知数解的方法。然而,在使用Cramer法则时,需要特别注意其适用条件和实现细节。

问题分析

原始代码中,存在一个关键问题:为每个线性方程(第一、第二、第三个方程)都创建了一个独立的CramersRule对象。这意味着每个对象只存储一个方程的信息,导致在计算主行列式以及Dx、Dy、Dz时,使用的是不同方程的信息,从而导致计算结果不正确,经常出现行列式为0的情况。

解决方案

要解决这个问题,需要确保所有方程的信息都存储在同一个CramersRule对象中。这样,在计算行列式时,才能使用完整的系数矩阵。以下是修正后的代码:

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import java.util.Scanner;

class CramersRule {
    // Numbers for the 3-Variable Linear Equation.
    private double a1, a2, a3;
    private double b1, b2, b3;
    private double c1, c2, c3;
    private double d1, d2, d3;

    CramersRule() {

    }

    // Sets the 1st Linear Equation.
    public void setLinearEquation1(double a1, double b1, double c1, double d1) {
        this.a1 = a1;
        this.b1 = b1;
        this.c1 = c1;
        this.d1 = d1;
    }

    // Sets the 2nd Linear equation.
    public void setLinearEquation2(double a2, double b2, double c2, double d2) {
        this.a2 = a2;
        this.b2 = b2;
        this.c2 = c2;
        this.d2 = d2;
    }

    // Sets the 3rd Linear Equation.
    public void setLinearEquation3(double a3, double b3, double c3, double d3) {
        this.a3 = a3;
        this.b3 = b3;
        this.c3 = c3;
        this.d3 = d3;
    }

    /*
     * Returns the 3x3 Determinant
     */
    public double getDeterminant() {
        double d = a1 * ((b2 * c3) - (b3 * c2)) - a2 * ((b1 * c3) - (b3 * c1)) + a3 * ((b1 * c2) - (b2 * c1));
        return d;
    }

    /*
     * Returns the 3x3 Determinant for x
     */
    public double getDx() {
        double x = d1 * ((b2 * c3) - (b3 * c2)) - d2 * ((b1 * c3) - (b3 * c1)) + d3 * ((b1 * c2) - (b2 * c1));
        return x;
    }

    /*
     * Returns the 3x3 Determinant for y
     */
    public double getDy() {
        double y = a1 * ((d2 * c3) - (d3 * c2)) - a2 * ((d1 * c3) - (d3 * c1)) + a3 * ((d1 * c2) - (d2 * c1));
        return y;
    }

    /*
     * Returns the 3x3 Determinant for z
     */
    public double getDz() {
        double z = a1 * ((b2 * d3) - (b3 * d2)) - a2 * ((b1 * d3) - (b3 * d1)) + a3 * ((b1 * d2) - (b2 * d1));
        return z;
    }
}

public class MyProgram {
    public static void main(String[] args) {
        Scanner input = new Scanner(System.in);

        CramersRule CR = new CramersRule();
        System.out.print("Enter 4 numbers for the first equation (ie. 1 2 3 4): ");
        CR.setLinearEquation1(input.nextDouble(), input.nextDouble(), input.nextDouble(), input.nextDouble());

        System.out.print("Enter 4 numbers for the second equation (ie. 1 2 3 4): ");
        CR.setLinearEquation2(input.nextDouble(), input.nextDouble(), input.nextDouble(), input.nextDouble());

        System.out.print("Enter 4 numbers for the third equation (ie. 1 2 3 4): ");
        CR.setLinearEquation3(input.nextDouble(), input.nextDouble(), input.nextDouble(), input.nextDouble());

        System.out.println("The answer of the 3x3 Determinant is " + CR.getDeterminant());
        if (CR.getDeterminant() == 0) {
            System.out.println("Cramers Rule does not apply.");
        } else {
            double x = CR.getDx() / CR.getDeterminant();
            double y = CR.getDy() / CR.getDeterminant();
            double z = CR.getDz() / CR.getDeterminant();

            System.out.println("The solution set is (" + x + ", " + y + ", " + z + ")");
        }
    }
}
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关键修改:

  • 只创建了一个CramersRule实例 CR。
  • 所有方程的系数都通过 CR 对象的 setLinearEquation1、setLinearEquation2 和 setLinearEquation3 方法设置。
  • 计算x, y, z 的时候,分子分母反了,已经修正。

注意事项

  • Cramer法则的适用性: Cramer法则仅适用于方程个数等于未知数个数,且系数矩阵的行列式不为0的线性方程组。
  • 浮点数精度问题: 在进行浮点数计算时,可能会出现精度误差。这可能导致行列式计算结果略有偏差,从而影响最终解的准确性。在比较浮点数时,应使用一定的容差范围。
  • 代码可读性 为了提高代码的可读性和可维护性,建议使用更具描述性的变量名,并添加适当的注释。

总结

正确使用Cramer法则的关键在于确保所有方程的系数都存储在同一个对象中,并正确计算行列式。通过修正后的代码,可以避免因实例化多个对象而导致的逻辑错误,从而得到正确的线性方程组的解。同时,需要注意Cramer法则的适用条件和浮点数精度问题,以确保计算结果的准确性。

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