数值分析中,理查德森外推法(Richardson extrapolation)用以改善级数序列收敛效率,它是在20世纪前期由英国数学家,物理学家,气象学家Lewis Fry Richardson提出的。在数值分析领域,Richardson外推法有很多实际应用,如Romberg's method,是在梯形公式的基础上应用Richardson外推法导出的;还有用于求解常微分方程的Bulirsch–Stoer算法。
推导
假定某一函数 可数值近似(离散化)为 ,其中 为步长,
- (1)
其中 为首项阶数, 下一项阶数, 满足 。
考虑该函数又可以使用同样的数值近似方法,以步长为 做离散近似
- (2)
如果希望消掉式(1)中的 项,我们可以对以上两式相减,即(1) (2),其中 :
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或简记作:
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代替了 ,为 的新的数值近似。新近似相比最初形式具有更高阶的误差项,数值精度由此提高,此方法即为理查德森外推法。
示例
应用理查德森方法,改善用于近似微分的中心差分公式
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则由式(1)可知 ,
代入公式:
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由此,中心差分公式精度由2阶变为4阶。
参考文献
- Extrapolation Methods. Theory and Practice by C. Brezinski and M. Redivo Zaglia, North-Holland, 1991.
外部链接