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
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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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