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标题: 定步长四阶经典公式 解决数值积分 [打印本页]

作者: 2744557306    时间: 2023-12-23 16:43
标题: 定步长四阶经典公式 解决数值积分
"定步长四阶经典公式"通常指的是数值积分中的四阶Runge-Kutta方法。这是一种常用的数值解常微分方程(ODE)的方法,其主要思想是通过逐步逼近来估计微分方程的解。0 L% [" i! e. T+ @2 f
定步长四阶经典公式是Runge-Kutta方法的一种,其中最常见的是经典的四阶Runge-Kutta方法。对于一个一阶常微分方程
/ ?* n$ ~' c  T! q[\frac{dy}{dt} = f(t, y)]
/ o5 S; G+ h. J* v! b这个方法的迭代公式如下:$ W. g5 O! ~1 P3 Y- N) _
[k1 = h \cdot f(tn, yn)]- {* X. }5 D7 R; u) C5 b5 o, n4 d
[k2 = h \cdot f(tn + \frac{h}{2}, yn + \frac{k1}{2})]9 o8 P5 R6 h" G) J5 X: I: R) u
[k3 = h \cdot f(tn + \frac{h}{2}, yn + \frac{k2}{2})]
. S: l' i- s' ]  W; m[k4 = h \cdot f(tn + h, yn + k_3)]
" l5 }6 O* r) a7 G3 b[y{n+1} = yn + \frac{1}{6}(k1 + 2k2 + 2k3 + k4)]2 Y6 B& ?: O  V$ T6 B
其中,(tn) 是当前时间步,(yn) 是当前的解,(h) 是步长,(f(t, y)) 是微分方程右侧的函数。
2 u: ]6 j8 C# t9 {$ R: j这个方法的精度相对较高,因为它使用了函数 (f(t, y)) 在一个步长内的多个点上的信息。四阶Runge-Kutta方法在许多情况下被广泛应用,因为它相对简单且相对高效。
  1. %四阶经典公式,微分方程为f.m; U' Q/ r, b3 d- k- g9 k! K" q
  2. 9 n3 k9 T( U+ Z9 L3 u
  3. if exist('f.m')==0                                           %在星号处输入文件名(把星号改为文件名)
    0 _; h5 W/ W6 y. z0 r. f* @5 M
  4.    disp('没有为方程创建名为f.m的函数文件,请参照下例建立它');, W+ i6 p; P  i( W* F# c
  5.    disp('function z=f(x,y)');; X  X! J7 a) x, ^: Y' V8 c
  6.    disp('z=y-2*x/y;');8 r5 L5 G: [2 J1 d% ^# F
  7.    disp('并将该文件保存在work文件夹下');
    3 P  ^3 b3 a* h/ B4 T- W& s' N
  8. end / P, ~4 x& r" ]( P. p8 t
  9. 6 i  M7 n  l: m, S
  10. X1=input('请输入求解区间的左端点X1=');$ n$ A" j- ^8 h& P
  11. Y1=input('请输入微分方程的初始条件Y1=(X=X1时Y的值)');
    " D. p, ?2 B* Q
  12. Xn=input('请输入求解区间的右端点Xn=');
    % E7 W, I* t- q
  13. h=input('请输入求解步长h=');) t9 k. c  U- K: l1 a; e

  14. 5 C% W) k. i$ S) x- U7 e
  15. X=X1;( o" B2 a9 ~! \* H  J# k, a
  16. Y=Y1;                                                        %运算初始点* y  I$ @: t7 t3 m/ [
  17. n=0;                                                         %节点序号变量置零4 D& C5 ]5 E/ [6 e& m9 g0 u5 m. H- b# T

  18. & D* I0 Z" m3 Y, s: n) O3 c" p
  19. while X<=Xn-h  I- V( Z% G7 Z+ ~
  20.     K1=f(X,Y);
    % g9 n/ k, q  s
  21.     K2=f(X+h/2,Y+K1*h/2);, a& A9 n. d) @7 y! g( ?8 Y# |
  22.     K3=f(X+h/2,Y+K2*h/2);0 y! d- k4 e5 L, |: O
  23.     K4=f(X+h,Y+K3*h);
    1 `- _( r- }) X  ~8 c0 r
  24.     X=X+h;
      A# L0 v, `/ l9 J3 f( Q
  25.     Y=Y+h*(K1+2*K2+2*K3+K4)/6;                               %四阶标准的龙格-库塔公式" F* D# J; Q) s& [5 [
  26.     n=n+1;                                                   %节点序号加1
    ' ~8 A8 g$ T/ p6 T3 _
  27. - Z$ ~! m1 [9 @: s8 T' N: f* n7 [
  28.     fprintf('第%d个点的计算结果为X=%10.8f,Y=%10.8f\n',n,X,Y);/ [& d3 B+ G* g( }
  29.     plot(X,Y,'o')! E  @+ m2 }% y
  30.     hold on. v. m+ d& f1 j" t% B
  31. end
复制代码
  1. function z=f(x,y), d% S* l& M$ Q
  2. z=y-2*x/y;
复制代码

+ E; d6 H3 D' h/ C

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