Текст подпрограммы и версий de26r_c.zip , de26d_c.zip |
Тексты тестовых примеров tde26r_c.zip , tde26d_c.zip |
Выполнение одного шага численного интегрирования системы обыкновенных дифференциальных уравнений первого порядка методом Адамса без контроля точности.
Выполняется один шаг численного интегрирования системы М обыкновенных дифференциальных уравнений первого порядка
Y ' = F (X, Y) , Y = ( y1, ..., yM ) , F = ( f1 (X, y1,..., yM),..., fM (X, y1,..., yM) )
многошаговым предсказывающе - исправляющим методом пятого порядка точности. Суть метода состоит в том, что сначала по явной формуле Адамса строятся предсказанные значения приближенного решения, которые затем исправляются по неявной формуле Адамса.
По заданному значению YX решения в узле Xn вычисляется значение этого решения в узле Xn + H. Значение H шага интегрирования задается пользователем при обращении к подпрограмме.
Березин И.С., Жидков Н.П. Методы вычислений, т.2. Физматгиз, М., 1960.
Беленький В.З. Стандартная программа для интегрирования системы дифференциальных уравнений методом Адамса. Сб. "Вычислительные методы и программирование", вып 3. Изд-во МГУ, 1965
int de26r_c (S_fp f, integer *m, integer *jstart, real *yx, real *x, real *h, real *delty, real *df, real *rf, real *yp, real *ry, real *rfn, integer *ierr)
Параметры
f - |
имя подпрограммы вычисления значений правой
части дифференциального уравнения. Первый
оператоp подпрограммы должен иметь вид: int f (float *x, float *y, float *dy, int *m). Здесь: x, y - значения независимой и зависимой переменных, соответственно. Вычисленное значение правой части должно быть помещено в dy. B случае системы уравнений, т.е. когда m ≠ 1, параметры y и dy представляют массивы длины m (тип параметров x, y и dy: вещественный); |
m - | количество уравнений в системе (тип: целый); |
jstart - | целый указатель режима использования подпрограммы, имеющий следующие значения: |
0 - | первое обращение к подпрограмме должно быть выполнено с нулевым значением jstart; |
+ 1 - | выполнить один шаг интегрирования системы дифференциальных уравнений для значений независимой и зависимой переменных и шага интегрирования, заданных параметрами x, yx и h, соответственно; |
- 1 - | повторить последний шаг интегрирования с новым значением параметра h; |
на выходе из подпрограммы jstart полагается равным + 1; | |
x, yx - | начальные вещественные значения аргумента и решения уравнения в нем; в результате работы подпрограммы в x получается новое значение аргумента, а в yx - соответствующее значение решения; в случае системы уpавнений, т.е. когда m ≠ 1, yx задается одномерным массивом длины m; |
h - | вещественное значение шага интегрирования; |
delty - rf, yp rfn | одномерные вещественные рабочие массивы длины m; |
df, ry - | двумерные вещественные рабочие массивы размеpа m*5; |
ierr - | целая переменная, значение которой в pезультате работы подпрограммы полагается равным 65, если при заданном значении шага интегрирования не может быть достигнута сходимость численного решения к точному значению решения; в этом случае интегрирование системы можно повторить обращением к подпрограмме с новым значением параметра h и со значением jstart = 1. |
Версии
de26d_c - | выполнение одного шага численного интегрирования системы обыкновенных дифференциальных уpавнений первого порядка методом Адамса без контроля точности, при этом все вычисления над действительными числами ведутся с удвоенным числом значащих цифр. В этом случае параметры yx, x, h, delty, df, rf,yp, ry, rfn и параметры x, y и dy в подпрограмме f должны иметь тип double. |
Вызываемые подпрограммы
de33r_c - | построение начальных значений при интегрировании системы обыкновенных дифференциальных уpавнений первого порядка методом Адамса без контроля точности; вызывается при работе подпрограммы de26r_c. |
de33d_c - | построение начальных значений при интегрировании системы обыкновенных дифференциальных уpавнений первого порядка методом Адамса без контроля точности, при этом все вычисления над действительными числами ведутся с удвоенным числом значащих цифр; вызывается при работе подпрограммы de26d_c. |
utde12_c - | подпрограмма выдачи диагностических сообщений при работе подпрограммы de26r_c. |
utde13_c - | подпрограмма выдачи диагностических сообщений при работе подпрограммы de26d_c. |
Kpоме того, de26r_c и de26d_c используют рабочие подпрограммы de28rp_c, de28rs_c и de28dp_c, de28ds_c, соответственно. |
Замечания по использованию
При работе подпрограммы и ее версии значения параметров m и h сохраняются. При многократном использовании подпрограммы и ее версии для вычисления решения на отрезке значения параметров m, yx, x, df, yp не должны изменяться в вызывающей программе между последовательными обращениями к ним. |
y1' = y2 y2' = -y1 y1 (3/4 π) = √2 /2 , y2 (3/4 π) = -√2 /2
Приводятся подпрограмма вычисления значений правой части системы и фрагмент вызывающей программы, выполняющей несколько шагов из одной и той же точки, а также результаты счета.
int main(void) { /* Builtin functions */ double sqrt(double), sin(double), cos(double); /* Local variables */ extern int de26r_c(U_fp, int *, int *, float *, float *, float *, float *, float *, float *, float *, float *, float *, int *); static int ierr; extern int f_c(); static float h__; static int m; static float x, y[2], delty[2], y1, y2, df[10]; static int ih; static float rf[2], xn, yp[2], ry[10]; static int jstart; static float rfn[2]; m = 2; xn = 2.3561944901925003f; h__ = .01f; h__ = -h__; y[0] = (float)sqrt(2.f) / 2.f; y[1] = -y[0]; jstart = 0; ih = 0; x = xn; l6: de26r_c((U_fp)f_c, &m, &jstart, y, &x, &h__, delty, df, rf, yp, ry, rfn, &ierr); ++ih; y1 = (float)sin(x); y2 = (float)cos(x); printf("\n %15.7e \n", x); printf("\n %15.7e %15.7e \n", y[0], y[1]); printf("\n %15.7e \n", h__); printf("\n %15.7e %15.7e \n", y1, y2); if (ih == 1) { goto l6; } if (ih == 5) { goto l20; } jstart = -1; if (ih == 4) { goto l8; } if (ih == 3) { goto l7; } h__ = .005f; h__ = -h__; goto l6; l7: h__ = .02f; goto l6; l8: h__ = .01f; goto l6; l20: return 0; } /* main */ int f_c(float *x, float *y, float *dy, int *m) { /* Parameter adjustments */ --dy; --y; /* Function Body */ dy[1] = y[2]; dy[2] = -y[1]; return 0; } /* f_c */ Результаты: после первого обращения к подпрограмме - x y(1) y(2) 2.346194490+00 7.141423761-01 -7.000004762-01 h__ y1 y2 1.000000000-02 7.141423761-01 -7.000004762-01 после второго обращения к подпрограмме - x y(1) y(2) 2.336194490+00 7.211065574-01 -6.928241717-01 h__ y1 y2 1.000000000-02 7.211065574-01 -6.928241717-01 после третьего обращения к подпрограмме - x y(1) y(2) 2.341194490+00 7.176334371-01 -6.964210292-01 h__ y1 y2 5.000000000-03 7.176334371-01 -6.964210292-01 после четвертого обращения к подпрограмме - x y(1) y(2) 2.366194490+00 7.000004763-01 -7.141423759-01 h__ y1 y2 2.000000000-02 7.000004762-01 -7.141423761-01 после пятого обращения к подпрограмме - x y(1) y(2) 2.356194490+00 7.071067812-01 -7.071067812-01 h__ y1 y2 1.000000000-02 7.071067812-01 -7.071067812-01