기술용어통 : CAE 입문자도 쉽게 이해할 수 있는 '알기 쉬운 기술 용어집'

뉴튼 랩슨 기법 - Newton - Raphson method

작성자: MidasIT 반디통 | 2021. 7. 28 오후 3:00:00

Ax=b라는 행렬방정식에서 x라는 해를 계산하는 경우를 생각해 보자. 만일 행렬 A b x의 함수가 아닌 특정한 숫자들로 구성되어 있다면 x A의 역행렬(inverse matrix)을 계산하여 쉽게 계산할 수 있다. 하지만 A b가 구하고자 하는 x에 무관하지 않고 x에 따라 변하는 값을 가진다면 이야기는 달라진다. 다시 말해 x를 알아야 A b를 결정할 수 있기 때문에 계산이 단순하지 않다. 이러한 경우가 바로 비선형(nonlinear) 문제에 해당된다.

이러한 비선형 방정식은 한번의 계산으로 해답을 구할 수 없기 때문에 반복계산(iterative calculation)을 하여야 한다. , 구하고자 하는 x값을 미리 추정하고 이 추정 값을 가지고 A b을 결정한 다음 x값을 계산한다. 그리고 계산된 x값으로 다시 A b를 결정한 다음 다시 x값을 계산하는 일련의 반복과정을 거치게 된다. 이렇게 반복적으로 계산을 하면 대부분의 경우 x는 정답에 가깝게 된다. 이러한 반복계산에 있어 가장 큰 관심사는 원하는 정확도를 가지는 해답 x를 얼마나 적은 반복계산으로 구할 수 있느냐이다. 이를 위한 많은 반복계산 기법들이 연구자들에 의해 제안되었으며, 그 중에서 가장 효과적인 방법이 바로 뉴튼-랩슨 반복계산 기법이다.

이 기법은 반복계산 횟수를 최소화 시키기 위해 매 반복계산 시 정답에 도달하는 가장 빠른 방향으로 A b를 결정한다. 하지만 행렬방정식의 크기가 큰 경우에는 반복과정 시 매번 A b를 계산하는데 걸리는 시간이 증가하기 때문에 단순히 최초 계산에서 결정한 A b를 사용하기도 한다. 이렇게 단순화 된 반복계산 기법을 수정된 뉴튼-랩슨 기법(modified Newton-Raphson method)이라고 부른다.

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