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,f的测试既要满足只有x
时间: 2023-08-31 18:33:26 浏览: 78
### 回答1:
好的,以下是代码实现:
```python
import math
def implicit_adams(f, epsilon, a, y_a, b):
h = 0.1 # 初始步长
n = int((b - a) / h) # 计算步数
x = [a + i * h for i in range(n + 1)] # 离散化x
y = [0] * (n + 1) # 初始化y
y[0] = y_a # 初始值
for i in range(3):
k1 = h * f(x[i], y[i])
k2 = h * f(x[i] + h / 2, y[i] + k1 / 2)
k3 = h * f(x[i] + h / 2, y[i] + k2 / 2)
k4 = h * f(x[i] + h, y[i] + k3)
y[i + 1] = y[i] + 1 / 24 * (9 * k4 + 19 * f(x[i], y[i]) - 5 * f(x[i - 1], y[i - 1]) + f(x[i - 2], y[i - 2]))
for i in range(3, n):
y_pred = y[i] + 1 / 24 * (
55 * f(x[i], y[i]) - 59 * f(x[i - 1], y[i - 1]) + 37 * f(x[i - 2], y[i - 2]) - 9 * f(x[i - 3],
y[i - 3]))
y_corr = y[i] + 1 / 24 * (
9 * f(x[i + 1], y_pred) + 19 * f(x[i], y[i]) - 5 * f(x[i - 1], y[i - 1]) + f(x[i - 2], y[i - 2]))
delta = 19 / 270 * abs(y_corr - y_pred)
if delta < epsilon:
y[i + 1] = y_corr
else:
h_new = 0.9 * h * (epsilon / delta) ** (1 / 4) # 计算新步长
n_new = int((x[-1] - x[i]) / h_new) # 计算新步数
x_new = [x[i] + j * h_new for j in range(1, n_new + 1)] # 离散化新x
y_new = implicit_adams(f, epsilon, x[i], y[i], x_new) # 递归计算新y
x[i + 1:i + 1 + n_new] = x_new # 更新x
y[i + 1:i + 1 + n_new] = y_new # 更新y
h = h_new # 更新步长
return y[-1]
# 测试
def f(x, y):
return -2 * x * y ** 2
a = 0
y_a = 1
b = 1
epsilon = 1e-6
y_b = implicit_adams(f, epsilon, a, y_a, b)
print(y_b)
```
其中,`implicit_adams` 函数实现了四阶隐式Adams法求解常微分初值问题。在函数中,首先定义了初始步长 `h` 和步数 `n`,然后离散化 `x`,初始化 `y`,并计算出前3个 `y` 的值。接下来,使用四阶隐式Adams法计算从第4个 `y` 开始的所有 `y` 值,并根据误差 `delta` 判断是否需要重新计算新步长和新 `y` 值。若需要,则递归调用自身计算新 `y` 值,并更新 `x`,`y` 和步长 `h`。最后返回 `y` 列表的最后一个元素即为所求的 `y(b)`。
在代码的最后,我们使用函数 `f(x, y) = -2xy^2` 进行了测试,得到了 `y(b)` 的值。
### 回答2:
首先,我们需要了解四阶隐式 Adams 法的公式。四阶隐式 Adams 法的迭代公式如下:
y_(i+1) = y_i + h/24 * (9f(x_(i+1), y_(i+1)) + 19f(x_i, y_i) - 5f(x_(i-1), y_(i-1)) + f(x(i-2), y(i-2)))
其中,h 表示步长,x 是自变量,y 是因变量,f 是微分方程右侧的函数,i 表示迭代步数。
根据输入的初始条件,我们可以以步长 h 从区间[a, b] 的起点 a 开始迭代求解。
以下是使用 Python 自带的 math 库实现四阶隐式 Adams 法的代码:
import math
def adams_4(f, epsilon, a, y_a, b):
# 定义步长
h = 0.1 # 自行定义步长大小
# 迭代计算步数
steps = int((b - a) / h)
# 迭代求解
for i in range(steps):
# 计算当前迭代步数的自变量 x 和因变量 y
x_i = a + i * h
y_i = y_a
# 利用四阶隐式 Adams 法迭代计算 y_(i+1)
while True:
# 计算右侧项
right = y_i + h/24 * (9 * f(x_i + h, y_i + h * f(x_i + h, y_i)) + 19 * f(x_i, y_i) -
5 * f(x_i - h, y_i - h * f(x_i, y_i)) + f(x_i - 2 * h, y_i - 2 * h * f(x_i - h, y_i - h * f(x_i, y_i))))
# 判断是否满足精度要求
if abs(right - y_i) < epsilon:
break
# 更新因变量 y_i
y_i = right
# 更新当前步数的因变量 y_a
y_a = y_i
return y_a
# 测试函数
def f(x, y):
return 2 * x - math.sin(y)
# 调用函数求解
result = adams_4(f, 0.001, a, y(a), b)
print(result)
注意:此代码仅为示例,步长大小 h 可以根据具体问题进行调整。还需要根据具体的初始条件和微分方程函数 f 进行修改。
### 回答3:
首先,四阶隐式Adams法是一种常微分方程的数值解法,用于求解初值问题。该方法是一种多步法,需要提供前4个点的函数值。
根据题目要求,我们需要使用自带的math库来实现该方法。以下是代码的实现:
import math
def adams(f, epsilon, a, ya, b, h):
N = int((b - a) / h) # 计算步数N
x = [a + i * h for i in range(N+1)] # 生成离散的x值列表
y = [ya] # 初始化y列表,将初始值ya加入列表中
for i in range(3): # 使用四阶龙格库塔方法求得前四个点的函数值
k1 = h * f(x[i], y[i])
k2 = h * f(x[i] + h/2, y[i] + k1/2)
k3 = h * f(x[i] + h/2, y[i] + k2/2)
k4 = h * f(x[i] + h, y[i] + k3)
y.append(y[i] + (k1 + 2*k2 + 2*k3 + k4) / 6)
for i in range(4, N+1): # 使用四阶隐式Adams法进行迭代
y.append(y[i-1] + h/24 * (55*f(x[i-1], y[i-1]) - 59*f(x[i-2], y[i-2]) + 37*f(x[i-3], y[i-3]) - 9*f(x[i-4], y[i-4])))
return y[-1] # 返回解y(b)
# 定义测试函数f
def f(x, y):
return math.exp(x) * math.sin(y)
# 输入参数
epsilon = 1e-6
a = 0
ya = 1
b = 1
h = 0.1
# 调用函数计算结果
result = adams(f, epsilon, a, ya, b, h)
print(result)
代码中,我们首先定义了adams函数,其中f为函数f(x, y)的定义,epsilon为误差限,a为区间起始值,ya为初始函数值,b为区间终止值,h为步长。
在函数中,我们首先计算了步数N,然后生成了离散的x值列表。接下来,使用四阶龙格库塔方法求得前四个点的函数值,并将其加入到y列表中。
然后,使用四阶隐式Adams法进行迭代,直到计算出区间[a,b]的结果。最后,返回y列表中的最后一个元素,即y(b)的值。
在代码的末尾,我们定义了测试函数f,并输入了对应的参数,然后调用adams函数计算结果,并将其打印输出。这样,我们就可以得到区间[a,b]的常微分初值问题的数值解y(b)了。
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