위키득계정 ↗
과학

가우스 자이델 반복법

가우스 자이델 반복법과학
영문명
Gauss-Seidel iteration
약칭
GS
대상
선형 연립방정식
갱신 특징
새 성분을 바로 재사용
가우스 자이델 반복법은 선형 연립방정식의 성분을 순서대로 갱신하면서 같은 반복에서 새로 구한 값을 즉시 사용하는 방법이다. 이전 값만 쓰는 야코비 반복법과 갱신 규칙이 다르다. 계수 행렬의 성질과 계산 순서가 수렴 과정에 영향을 준다.

최신 값을 오른쪽에 넣는다

각 식에서 자기 미지수만 왼쪽에 남긴다. 먼저 갱신한 성분은 새 값을 쓰고 아직 계산하지 않은 성분은 이전 값을 쓴다. 기본형은 대각 원소로 나누므로 그 값이 0이면 그대로 적용할 수 없다. 행렬 분해에 쓰는 가우스 소거법과는 별도의 반복 계산이다.

한 번의 갱신을 계산한다

4x+y = 9, x+3y = 7에서 x를 먼저 계산하자. (0,0)에서 새 x = 9/4다. 이어 새 y는 이전 x가 아니라 9/4를 넣어 (7-9/4)/3 = 19/12가 된다. 야코비 반복의 첫 y 값 7/3과 다르다.

두 번째 반복과 순서

이어서 계산한 x는 (9-19/12)/4 = 89/48이고 y는 (7-89/48)/3 = 247/144다. 정확한 해는 (20/11,19/11)이다. 처음부터 y를 먼저 갱신했다면 첫 y가 7/3, 첫 x가 5/3이 되어 진행 경로가 달라진다.

수렴 조건과 비교 기준

실수 대칭 양의 정부호 행렬에서는 수렴을 보장할 수 있다. 모든 행에서 엄격한 대각 우세 조건을 만족하는 경우도 충분조건이다. 임의의 행렬에서 수렴하거나 항상 야코비보다 빠르다고 단정하지 않는다. 반복 횟수와 함께 잔차, 계산 순서와 실제 작업량을 확인한다.

관련 문서

야코비 반복법 / 고정점 반복법 / 가우스 소거법 / 양의 정부호 행렬 / 희소행렬 / 행렬 / 벡터 / 부동 소수점