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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。
  B3 N. H" C6 }+ p0 G0 e7 e7 W+ N3 _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/ E# R0 V. G; Z7 S
[\frac{dy}{dt} = f(t, y)]% R. v  u8 ]$ l& |; ~  F
这个方法的迭代公式如下:
) }$ g1 U, @$ C2 r- X[k1 = h \cdot f(tn, yn)]
5 V. [* E) J7 o* L4 j4 S% }[k2 = h \cdot f(tn + \frac{h}{2}, yn + \frac{k1}{2})]7 ^$ W9 F8 v, F: \+ }
[k3 = h \cdot f(tn + \frac{h}{2}, yn + \frac{k2}{2})]
8 s( P4 ~5 J' m, e[k4 = h \cdot f(tn + h, yn + k_3)]
! j" B6 h1 U" h1 X[y{n+1} = yn + \frac{1}{6}(k1 + 2k2 + 2k3 + k4)]
! b; Z  e( O; {& a1 y; C9 J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。4 C3 c/ M0 W- Z
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' R2 H& V6 Y& b2 H! h

  2. / z! G* l, L) O& F& ~  p
  3. if exist('f.m')==0                                           %在星号处输入文件名(把星号改为文件名)
    8 V+ F! s. ]$ i6 b8 R: `. t# i$ q
  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');) {. [. F) x# L
  5.    disp('function z=f(x,y)');
    4 C4 a$ o1 ]4 k6 ], p# H# V
  6.    disp('z=y-2*x/y;');
    * F& \- l' a5 W! X
  7.    disp('并将该文件保存在work文件夹下');
    % t6 G/ D! y9 y. f1 ~+ g! l* e, _
  8. end ' b" ?+ _# d# Q
  9. : D& Q/ q, B$ S
  10. X1=input('请输入求解区间的左端点X1=');
    5 G8 y& |! ?/ t' p$ q$ u5 T
  11. Y1=input('请输入微分方程的初始条件Y1=(X=X1时Y的值)');
    ! O1 H) T  B7 \+ w* n+ ^& y' t
  12. Xn=input('请输入求解区间的右端点Xn=');. b. ?" x$ q; A2 R" g  F8 X7 R. u7 x
  13. h=input('请输入求解步长h=');9 ?6 H! S" q) ]% h" I1 k# f

  14. . k) O  }  Y. ~
  15. X=X1;
    0 j, S$ C: L; N& o( m
  16. Y=Y1;                                                        %运算初始点
    ! @8 N; u- |" c" T& p
  17. n=0;                                                         %节点序号变量置零
    1 z$ z3 `4 j$ E& Z

  18. ) }9 ~+ n+ K0 q6 q- l
  19. while X<=Xn-h
    " [/ _" M& S, b5 f
  20.     K1=f(X,Y);
    ; A) b% a) A% y) y
  21.     K2=f(X+h/2,Y+K1*h/2);- o- v' O0 y( ^7 P  a0 D5 f
  22.     K3=f(X+h/2,Y+K2*h/2);
    4 {% K, c( b; P% U
  23.     K4=f(X+h,Y+K3*h);
    4 H1 {/ {. v+ t5 G5 h+ d
  24.     X=X+h;
    9 @2 g9 ?: t4 T" N; z* H3 s& j
  25.     Y=Y+h*(K1+2*K2+2*K3+K4)/6;                               %四阶标准的龙格-库塔公式
    : z# {9 _0 Z7 S( A7 \
  26.     n=n+1;                                                   %节点序号加1: R3 o+ \! G( i( \* i0 u
  27. " m$ U' f0 C& ?) l! Y& F
  28.     fprintf('第%d个点的计算结果为X=%10.8f,Y=%10.8f\n',n,X,Y);4 ?/ m; g0 q( k# M. ~% T& y# A
  29.     plot(X,Y,'o')
      S2 X' R' v& Q8 s* w1 x8 q
  30.     hold on
    6 C5 _0 J( D3 _. X; n, i
  31. end
复制代码
  1. function z=f(x,y)2 K1 S+ Y  i2 B
  2. z=y-2*x/y;
复制代码
  w3 k" P0 ~. Y1 Q( B

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