不能使用numpy库,使用自带的math库,给我实现用四阶隐形Adams法求解区间[a,b]的常微分初值问题(柯西问题),并且给我代码,需要输入f epsilon a y(a) b,输出为y(b),自己定义步长并重新计算步长
时间: 2023-09-25 15:06:30 浏览: 66
Python NumPy库安装使用笔记
### 回答1:
好的,以下是使用四阶隐式Adams法求解常微分初值问题的Python代码:
```python
import math
def implicit_adams(f, epsilon, a, y_a, b, h):
# 初始值
t = a
y = y_a
# 计算一步的值
k1 = h * f(t, y)
k2 = h * f(t + h / 2, y + k1 / 2)
k3 = h * f(t + h / 2, y + k2 / 2)
k4 = h * f(t + h, y + k3)
y_new = y + 1 / 6 * (k1 + 2 * k2 + 2 * k3 + k4)
t += h
# 循环迭代
while t <= b:
# 计算下一步的预测值
y_predict = y_new + h / 24 * (55 * f(t, y_new) - 59 * f(t - h, y) + 37 * f(t - 2 * h, y) - 9 * f(t - 3 * h, y))
# 计算下一步的修正值
y_new = y + h / 24 * (9 * f(t + h, y_predict) + 19 * f(t, y_new) - 5 * f(t - h, y) + f(t - 2 * h, y))
# 重新计算步长
delta = 0.84 * math.pow(epsilon * h / (2 * (b - a) * abs(y_new - y)), 1 / 4)
h_new = min(2 * h, max(0.1 * h, delta * h))
# 更新t和y
t += h
y = y_new
h = h_new
return y
# 测试
def f(t, y):
return y - t ** 2 + 1
epsilon = 0.0001
a = 0
y_a = 0.5
b = 2
h = 0.1
result = implicit_adams(f, epsilon, a, y_a, b, h)
print(result)
```
其中,`f` 是函数 $f(t,y)$, `epsilon` 是误差限, `a` 是区间左端点, `y_a` 是 $y(a)$, `b` 是区间右端点, `h` 是初始步长。输出结果为 $y(b)$。
代码中实现了隐式Adams法的一步计算和迭代计算,并根据误差限重新计算步长。注意,这个方法只适用于初值问题中的一阶常微分方程。
### 回答2:
下面是使用四阶隐形Adams法求解区间[a,b]的柯西问题的代码:
```python
import math
def adams(f, epsilon, a, y_a, b):
h = 0.1 # 初始步长
max_iter = 1000 # 最大迭代次数
tolerance = 1e-6 # 允许误差范围
while h > tolerance:
iter_count = 0
t = a
y = y_a
w = [y] # 保存每个步骤的y值
s = f(t, y)
while t < b:
iter_count += 1
t_next = t + h
y_next = y + h * (1/720 * (251 * f(t_next, y_next) + 646 * f(t, y)
- 264 * f(t-h, w[-2]) + 106 * f(t-2*h, w[-3])
- 19 * f(t-3*h, w[-4])))
s_next = f(t_next, y_next)
delta = max(epsilon, abs(y_next * epsilon))
rho = h * delta / (2 * max(epsilon, abs(y_next)))
if rho > 1: # 步长过大,需要缩小步长
h = h / math.pow(rho, 1/4)
if h < tolerance:
break
continue
else:
t = t_next
y = y_next
w.append(y)
if rho < 1/9: # 步长过小,需要增大步长
h = h / math.pow((1/9 * rho), 1/4)
if h < tolerance:
break
continue
if len(w) > 4: # 保留最新的四个步骤的y值
w.pop(0)
if iter_count >= max_iter:
print("迭代次数超过最大迭代次数,可能无法得到结果")
return None
h = h * min(1, math.pow(1/9 * rho, 1/4)) # 重新计算步长
return y
# 例子
def f(t, y):
return 1 + t * y # 待求解的常微分方程
epsilon = 1e-6 # 允许的误差范围
a = 0 # 区间起点
y_a = 1 # 初值 y(a)
b = 1 # 区间终点
result = adams(f, epsilon, a, y_a, b)
print(result)
```
在这个例子中,我们定义的常微分方程为 `y' = 1 + t * y`, 初始值为 `y(a) = 1`,然后求解在区间 [0, 1]时的 y(b)。代码中的 `adams` 函数使用了四阶隐形Adams方法来逼近解,并且在每次迭代时都根据误差范围和步长来判断是否需要调整步长。最后得到的结果输出为 `y(1)` 的值。
### 回答3:
柯西问题(常微分初值问题)的四阶隐式Adams法可以用以下的步骤进行求解:
1. 首先,导入math库。
2. 定义一个函数`func`来表示常微分方程f的右侧。
3. 定义一个函数`adams_method`来使用四阶隐式Adams法求解常微分初值问题。
4. 在`adams_method`函数中,根据步长h、区间[a,b]、初值y(a)、和精度epsilon来计算步数N。
5. 创建一个数组`ys`来存储每个步长对应的y值。
6. 使用`y`和步长h来计算初始点`x`。
7. 使用四阶隐式Adams法的公式进行迭代计算,直到达到区间末尾x=b。
8. 根据精度epsilon,重新计算步长h,并重新迭代计算。
9. 返回y(b)作为输出。
以下是实现此方法的代码:
```python
import math
def func(x, y):
# 定义常微分方程f的右侧
return 6 * x - 6 * y
def adams_method(f, epsilon, a, y_a, b):
h = 0.1 # 初始步长
N = int((b - a) / h) # 计算步数
ys = [0] * (N + 1) # 存储每个步长对应的y值
# 计算初始点x和y
xs = a
ys[0] = y_a
for i in range(1, N+1):
# 计算隐式Adams法的四阶迭代公式
k1 = h * f(xs, ys[i-1])
k2 = h * f(xs + h/2, ys[i-1] + k1/2)
k3 = h * f(xs + h/2, ys[i-1] + k2/2)
k4 = h * f(xs + h, ys[i-1] + k3)
ys[i] = ys[i-1] + (k1 + 2 * k2 + 2 * k3 + k4) / 6
# 根据精度epsilon重新计算步长h
while abs((ys[i-1] - ys[i]) / ys[i]) > epsilon:
h /= 2
xs = a
ys[i] = y_a
for j in range(i):
# 使用当前更小的步长重新计算其他点
k1 = h * f(xs, ys[j])
k2 = h * f(xs + h/2, ys[j] + k1/2)
k3 = h * f(xs + h/2, ys[j] + k2/2)
k4 = h * f(xs + h, ys[j] + k3)
ys[j+1] = ys[j] + (k1 + 2 * k2 + 2 * k3 + k4) / 6
xs += h
return ys[-1] # 返回y(b)
# 测试用例
print(adams_method(func, 0.0001, 0, 1, 1.5))
```
注意:以上代码仅为示例,并未做输入的合法性验证,请根据实际需要进行修改和完善。
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