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 = sinx没有因变量 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: 2023-09-20 08:06:22 浏览: 92
### 回答1:
好的,以下是用四阶隐式Adams法求解常微分初值问题的代码:
```python
import math
def f(x, y):
return math.sin(x)
def implicit_adams(f, a, b, y_a, h, eps):
# 初始化
x = [a, a + h, a + 2*h, a + 3*h]
y = [y_a, y_a + h*f(x[0], y_a), y_a + h*f(x[1], y[1]), y_a + h*f(x[2], y[2])]
n = int((b - a) / h)
# 隐式Adams法迭代
for i in range(3, n):
x.append(x[i] + h)
f_3 = f(x[i], y[i])
f_2 = f(x[i-1], y[i-1])
f_1 = f(x[i-2], y[i-2])
f_0 = f(x[i-3], y[i-3])
y_i_pred = y[i] + h/24*(9*f_3 - 19*f_2 + 5*f_1 + f_0)
y_i = y[i] + h/24*(f(x[i+1], y_i_pred) + 5*f_3 - 9*f_2 + 3*f_1)
error = abs(y_i - y_i_pred)
while error > eps:
y_i_pred = y_i
y_i = y[i] + h/24*(f(x[i+1], y_i_pred) + 5*f_3 - 9*f_2 + 3*f_1)
error = abs(y_i - y_i_pred)
y.append(y_i)
# 根据误差调整步长
if error <= eps/2:
h = h*1.2
elif error > eps:
h = h*0.5
return y[-1]
# 示例
a = 0
b = 1
y_a = 0
eps = 1e-6
h = 0.1
y_b = implicit_adams(f, a, b, y_a, h, eps)
print(y_b)
```
在代码中,我们首先定义了函数 `f(x, y)`,表示待求解的常微分方程,这里是 `sin(x)`。然后,我们定义了 `implicit_adams` 函数,用于进行隐式Adams法的迭代求解。该函数的参数包括:函数 `f`,区间 `[a,b]`,初值 `y_a`,步长 `h` 和误差限 `eps`。函数的返回值为求解得到的 `y(b)`。
在函数中,我们首先进行了初始化,计算出 `x` 和 `y` 数组的前四个元素。然后,我们进入隐式Adams法的迭代过程。在每一步迭代中,我们首先计算出预测值 `y_i_pred`,然后使用该值来计算修正值 `y_i`。如果修正值的误差超过了误差限 `eps`,则继续修正,直到误差小于等于 `eps` 为止。最后,我们将求解得到的 `y(b)` 返回。
在代码的最后,我们给出了一个示例,使用该函数求解区间 `[a,b]=[0,1]`,初值 `y(a)=0`,步长为 `0.1`,误差限为 `1e-6` 的常微分初值问题,并输出了求解结果。
希望能够帮助到你!
### 回答2:
首先,我将使用四阶隐式Adams法求解给定的常微分初值问题。
根据Adams法的定义,我们需要首先计算步长h。我们可以通过将区间[a,b]等分为n个小区间来计算步长,其中n表示区间的个数。在每个小区间上,步长h等于小区间的长度除以n。
接下来,我们可以使用四阶Adams法的迭代公式来递归地计算y(b)。假设我们已经知道y(a)的值,我们可以使用以下公式来计算y(b):
y(b) = y(b-h) + (h/24)*(9*f(b) + 19*f(b-h) - 5*f(b-2h) + f(b-3h))
其中,f是给定的函数,表示关于x的导数。在这个问题中,f = sinx。
下面是使用自带的math库实现以上算法的代码:
```python
import math
def adams_method(f, epsilon, a, y_a, b):
n = 100 # 区间等分成100个小区间
h = (b - a) / n # 计算步长
for _ in range(n):
y_b = y_a + (h/24)*(9*f(b) + 19*f(b-h) - 5*f(b-2*h) + f(b-3*h)) # 计算y(b)的值
error = abs(y_b - y_a)
if error < epsilon:
return y_b # 如果误差小于给定的epsilon,则返回y(b)的值作为结果
y_a = y_b # 更新y_a的值,继续下一次迭代
b -= h # 更新b的值,继续下一次迭代
return y_b
def f(x):
return math.sin(x)
a = 0
y_a = 0
b = math.pi/2
epsilon = 1e-6
result = adams_method(f, epsilon, a, y_a, b)
print(result)
```
在上面的代码中,我使用了100个小区间进行等分,并将误差的判断条件设置为1e-6。您可以根据需要进行调整。最终,程序会输出y(b)的结果。
请注意,由于本题要求不能使用numpy库,因此我使用了自带的math库来进行必要的数学运算。
### 回答3:
首先,我们需要理解四阶隐式Adams法。
四阶隐式Adams法是一个常微分方程数值解法,通过使用预测-校正技术来进行数值求解。该方法需要根据已知初值条件进行初始预测,然后通过迭代方法逐步逼近真实解。
具体来说,四阶隐式Adams法可以通过以下步骤求解:
1. 定义步长,例如 h。
2. 将区间[a,b]均匀分割为 n 个子区间,每个子区间的长度为 h。
3. 通过已知初值条件 y(a) 和 f 求得初始值 y1。
4. 使用初始值 y1 和步长 h 来进行迭代计算,直到达到终点 b。
- 通过迭代公式 y(n+1) = y(n) + (h/24)*(9f(n+1) + 19f(n) - 5f(n-1) + f(n-2)) 来计算 y(n+1)。
- f(n+1)为通过解方程 y' = f(x,y) 求得的 f 的值,其中 x 为当前的点, y 为当前的估计值。
5. 返回最终的估计值 y(b)。
以下是使用自带的math库实现四阶隐式Adams法的示例代码:
```python
import math
# 定义已知初值条件和区间
a = 0
b = 1
f = math.sin
epsilon = 0.0001
h = 0.1
# 定义迭代次数
n = int((b-a)/h)
# 初始化初始值和 f
x = a
y = math.sin(x)
# 迭代计算
for i in range(n):
x_next = x + h
f_next = f(x_next)
y_next = y + (h/24) * (9*f_next + 19*f(x) - 5*f(x-h) + f(x-2*h))
# 重新计算步长
delta = epsilon * max(0.1, abs(y_next) + abs(y))
h = h * math.sqrt(h/delta)
# 更新 x, y, f
x = x_next
y = y_next
# 输出结果
print(y)
```
这样,我们就可以使用四阶隐式Adams法来求解常微分初值问题,并通过给出的初始条件和区间来得到最终结果 y(b)。
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