MATLAB 龍格庫塔法
阿新 • • 發佈:2020-09-10
非剛性常微分方程的數值解法通常會用四階龍格庫塔演算法,其matlab函式對應ode45。
對於dy/dx = f(x,y),y(0)=y0。
其四階龍格庫塔公式如下:
對於通常計算,四階已經夠用,四階以上函式f(x,y)計算工作量大大增加而精度提高較慢。
下面以龍格庫塔法解洛倫茲方程為例:
matlab程式碼如下:
main.m:
1 clear all;
2 close all;
3 clc;
4
5 %系統龍格庫塔法
6 [t,h] = ode45(@test_fun,[0 40],[12 4 0]);
7 plot3(h(:,1),h(:,2),h(:,3));
8 grid on;
9
10 %自定義龍格庫塔法
11 [t1,h1]=runge_kutta(@test_fun,[12 4 0],0.01,0,40);
12 figure;
13 plot3(h1(1,:),h1(2,:),h1(3,:),'r')
14 grid on;
runge_kutta.m(函式參考網路):
1 %引數表順序依次是微分方程組的函式名稱,初始值向量,步長,時間起點,時間終點(引數形式參考了ode45函式)
2 function [x,y]=runge_kutta(ufunc,y0,h,a,b)
3 n=floor((b-a)/h); %步數
4 x(1)=a; %時間起點
5 y(:,1)=y0; %賦初值,可以是向量,但是要注意維數
6 for i=1:n %龍格庫塔方法進行數值求解
7 x(i+1)=x(i)+h;
8 k1=ufunc(x(i),y(:,i));
9 k2=ufunc(x(i)+h/2,y(:,i)+h*k1/2);
10 k3=ufunc(x(i)+h/2,y(:,i)+h*k2/2);
11 k4=ufunc(x(i)+h,y(:,i)+h*k3);
12 y(:,i+1)=y(:,i)+h*(k1+2 *k2+2*k3+k4)/6;
13 end
test_fun(洛倫茲方程):
1 %構造微分方程
2 function dy=test_fun(t,y)
3 a = 16;
4 b = 4;
5 c = 45;
6
7 dy=[a*(y(2)-y(1));
8 c*y(1)-y(1)*y(3)-y(2);
9 y(1)*y(2)-b*y(3)];
得到很經典的洛倫茲吸引子,結果如下: