Текст подпрограммы и версий
de26r_c.zip , de26d_c.zip
Тексты тестовых примеров
tde26r_c.zip , tde26d_c.zip

Подпрограмма:  de26r_c

Назначение

Выполнение одного шага численного интегрирования системы обыкновенных дифференциальных уравнений первого порядка методом Адамса без контроля точности.

Математическое описание

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

Использование

    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.

Пример использования

           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