主頁 > 後端開發 > MATLAB數值實驗:函式逼近法求方程的數值解

MATLAB數值實驗:函式逼近法求方程的數值解

2021-04-21 06:17:10 後端開發

MATLAB數值實驗:函式逼近法求方程的數值解

作者:凱魯嘎吉 - 博客園 http://www.cnblogs.com/kailugaji/

    這篇博客主要通過給定的數學迭代公式,利用MATLAB來迭代求解多項分數階微分方程的數值解,主要用到的是函式逼近法,一種是非線性化數值解法,一種為線性化數值解法,并繪制決議解與數值解的函式影像,計算兩者的誤差,

1. 問題描述

2. MATLAB程式

demo_1.m

clear
clc
format long % 資料形式為長精度
% Author: 凱魯嘎吉 - 博客園 http://www.cnblogs.com/kailugaji/
%% 定義變數
alpha1 = 0.9;
alpha2 = 0.6;
alpha3 = 0.3; % 1>alpha1>alpha2>alpha3>0

%% 求解開始
T = 2; % 區間右端點
tau = 0.1; % 步長
TT = 0:tau:T; % t變數序列,也就是方程中的自變數t
N = length(TT)-1; % t變數序列個數-1

% 定義三個1*N的0矩陣用來儲存方程中每一項的系數
b_alpha1 = zeros(1,N);
b_alpha2 = zeros(1,N);
b_alpha3 = zeros(1,N);

% 回圈開始
for k = 0 : (N-1)
    b_alpha1(k+1) = ((1+k)^(1-alpha1)-(k)^(1-alpha1))/gamma(2-alpha1);
    b_alpha2(k+1) = ((1+k)^(1-alpha2)-(k)^(1-alpha2))/gamma(2-alpha2)*tau^(alpha1-alpha2);
    b_alpha3(k+1) = ((1+k)^(1-alpha3)-(k)^(1-alpha3))/gamma(2-alpha3)*tau^(alpha1-alpha3);
end

coe_0 = b_alpha1(0+1) + b_alpha2(0+1) + b_alpha3(0+1);

U = zeros(1,N+1); % 儲存計算的結果
for n = 1:N
    temp = 0;
    for k = 0 : n-2
        temp = temp + (b_alpha1(n-k-1+1) + b_alpha2(n-k-1+1) + b_alpha3(n-k-1+1))*(U(k+1+1)-U(k+1));
    end
    temp0 = U(n);
    while 1
        temp1 = U(n-1+1) - temp /coe_0+ tau^(alpha1)*right_fun(TT(n+1),temp0,alpha1,alpha2,alpha3)/coe_0;
        % 計算誤差 如果前一次迭代和后一次迭代的誤差小于10^-7,那么久退出回圈,并把最后一次迭代的值賦給U
        if abs(temp0-temp1) < 10^(-7)
            U(n+1) = temp1;
            break;
        else
            temp0 = temp1;
        end
    end
end

True_sol = true_fun(TT,alpha1); % 真實值
plot(TT,U,'-')
hold on
plot(TT,True_sol,'r*')
legend('數值解','決議解','Location','northwest')
title('Algorithm 1');
xlabel('t');
ylabel('u(t)');
err = max(abs(U-True_sol)); % 誤差
saveas(gcf,sprintf('Algorithm 1.jpg'),'bmp'); %保存圖片
fprintf('方法一中決議解與數值解之間的誤差為:%f\n', err);

function aa = true_fun(t,alpha1)
aa = t.^(2+alpha1);
end
function bb = right_fun(t,u,alpha1,alpha2,alpha3)
bb = gamma(3+alpha1)/gamma(3)*t.^2+gamma(3+alpha1)/gamma(3+alpha1-alpha2)*t.^(2+alpha1-alpha2)+gamma(3+alpha1)/gamma(3+alpha1-alpha3)*t.^(2+alpha1-alpha3)+sin(t.^(2+alpha1))-sin(u);
end

demo_2.m

clear
clc
format long
% Author: 凱魯嘎吉 - 博客園 http://www.cnblogs.com/kailugaji/
%% 定義變數
alpha1 = 0.9;   
alpha2  = 0.6;  
alpha3 = 0.3;   % 1 > alpha1 > alpha2 > alpha3 > 0
%% 求解開始
T = 2;      
tau = 0.1;  
TT = 0:tau:T;
N = length(TT)-1;
% 定義三個1*N的0矩陣用來儲存方程中每一項的系數
b_alpha1 = zeros(1,N); 
b_alpha2 = zeros(1,N); 
b_alpha3 = zeros(1,N);
% 回圈開始
for k = 0 :(N-1)
    b_alpha1(k+1) = ((1+k)^(1-alpha1)-(k)^(1-alpha1))/gamma(2-alpha1);
    b_alpha2(k+1) = ((1+k)^(1-alpha2)-(k)^(1-alpha2))/gamma(2-alpha2)*tau^(alpha1-alpha2);
    b_alpha3(k+1) = ((1+k)^(1-alpha3)-(k)^(1-alpha3))/gamma(2-alpha3)*tau^(alpha1-alpha3);
end
coe_0 = b_alpha1(0+1) + b_alpha2(0+1) + b_alpha3(0+1);
%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%
U = zeros(1,N+1); 
temp0=U(2);
%% 第一個值特殊處理
while 1
    temp1= tau^(alpha1)*right_fun(TT(1+1),temp0,alpha1,alpha2,alpha3)/coe_0 ;
    if (abs(temp0-temp1) < 10^(-7) )
        U(2) = temp1;
        break;
    else
        temp0 = temp1;
    end
end
%% 2~N個值的計算
for n = 2:N
    temp = 0;
    for k = 0 : n-2
        temp = temp + (b_alpha1(n-k-1+1) + b_alpha2(n-k-1+1) + b_alpha3(n-k-1+1))*(U(k+1+1)-U(k+1));
    end
    temp0 = U(n);
    while 1
        XX=2*U(n-1+1)-U(n-2+1);
        temp1 = U(n-1+1) - temp /coe_0+ tau^(alpha1)*right_fun(TT(n+1),XX,alpha1,alpha2,alpha3)/coe_0;
        % 計算誤差 如果前一次迭代和后一次迭代的誤差小于10^-7,那么久退出回圈,并把最后一次迭代的值賦給U
        if (abs(temp0-temp1) < 10^(-7) )
            U(n+1) = temp1;
            break;
        else
            temp0 = temp1;
        end
    end
end
True_sol = true_fun(TT,alpha1); % 真實值
plot(TT,U,'-')
hold on
plot(TT,True_sol,'r*')
legend('數值解','決議解','Location','northwest')
title('Algorithm 2');
xlabel('t');
ylabel('u(t)');
err = max(abs(U-True_sol)); % 誤差
saveas(gcf,sprintf('Algorithm 2.jpg'),'bmp'); %保存圖片
fprintf('方法二中決議解與數值解之間的誤差為:%f\n', err);

function aa = true_fun(t,alpha1)
aa = t.^(2+alpha1);
end
function bb = right_fun(t,u,alpha1,alpha2,alpha3)
bb = gamma(3+alpha1)/gamma(3)*t.^2+gamma(3+alpha1)/gamma(3+alpha1-alpha2)*t.^(2+alpha1-alpha2)+gamma(3+alpha1)/gamma(3+alpha1-alpha3)*t.^(2+alpha1-alpha3)+sin(t.^(2+alpha1))-sin(u);
end

3. 結果

>> demo_1
方法一中決議解與數值解之間的誤差為:0.169468
>> demo_2
方法二中決議解與數值解之間的誤差為:0.175177

方法一結果圖

方法二結果圖:

本博文問題來源:多項分數階常微分方程的數值微分法 http://max.book118.com/file_down/e37129207cb5d8d84fa03b346b308819.docx

轉載請註明出處,本文鏈接:https://www.uj5u.com/houduan/278368.html

標籤:其他

上一篇:物件存盤服務MinIO安裝部署分布式及Spring Boot專案實作檔案上傳下載

下一篇:pandas(5):數學統計——描述性統計

標籤雲
其他(157675) Python(38076) JavaScript(25376) Java(17977) C(15215) 區塊鏈(8255) C#(7972) AI(7469) 爪哇(7425) MySQL(7132) html(6777) 基礎類(6313) sql(6102) 熊猫(6058) PHP(5869) 数组(5741) R(5409) Linux(5327) 反应(5209) 腳本語言(PerlPython)(5129) 非技術區(4971) Android(4554) 数据框(4311) css(4259) 节点.js(4032) C語言(3288) json(3245) 列表(3129) 扑(3119) C++語言(3117) 安卓(2998) 打字稿(2995) VBA(2789) Java相關(2746) 疑難問題(2699) 细绳(2522) 單片機工控(2479) iOS(2429) ASP.NET(2402) MongoDB(2323) 麻木的(2285) 正则表达式(2254) 字典(2211) 循环(2198) 迅速(2185) 擅长(2169) 镖(2155) 功能(1967) .NET技术(1958) Web開發(1951) python-3.x(1918) HtmlCss(1915) 弹簧靴(1913) C++(1909) xml(1889) PostgreSQL(1872) .NETCore(1853) 谷歌表格(1846) Unity3D(1843) for循环(1842)

熱門瀏覽
  • 【C++】Microsoft C++、C 和匯編程式檔案

    ......

    uj5u.com 2020-09-10 00:57:23 more
  • 例外宣告

    相比于斷言適用于排除邏輯上不可能存在的狀態,例外通常是用于邏輯上可能發生的錯誤。 例外宣告 Item 1:當函式不可能拋出例外或不能接受拋出例外時,使用noexcept 理由 如果不打算拋出例外的話,程式就會認為無法處理這種錯誤,并且應當盡早終止,如此可以有效地阻止例外的傳播與擴散。 示例 //不可 ......

    uj5u.com 2020-09-10 00:57:27 more
  • Codeforces 1400E Clear the Multiset(貪心 + 分治)

    鏈接:https://codeforces.com/problemset/problem/1400/E 來源:Codeforces 思路:給你一個陣列,現在你可以進行兩種操作,操作1:將一段沒有 0 的區間進行減一的操作,操作2:將 i 位置上的元素歸零。最終問:將這個陣列的全部元素歸零后操作的最少 ......

    uj5u.com 2020-09-10 00:57:30 more
  • UVA11610 【Reverse Prime】

    本人看到此題沒有翻譯,就附帶了一個自己的翻譯版本 思考 這一題,它的第一個要求是找出所有 $7$ 位反向質數及其質因數的個數。 我們應該需要質數篩篩選1~$10^{7}$的所有數,這里就不慢慢介紹了。但是,重讀題,我們突然發現反向質數都是 $7$ 位,而將它反過來后的數字卻是 $6$ 位數,這就說明 ......

    uj5u.com 2020-09-10 00:57:36 more
  • 統計區間素數數量

    1 #pragma GCC optimize(2) 2 #include <bits/stdc++.h> 3 using namespace std; 4 bool isprime[1000000010]; 5 vector<int> prime; 6 inline int getlist(int ......

    uj5u.com 2020-09-10 00:57:47 more
  • C/C++編程筆記:C++中的 const 變數詳解,教你正確認識const用法

    1、C中的const 1、區域const變數存放在堆疊區中,會分配記憶體(也就是說可以通過地址間接修改變數的值)。測驗代碼如下: 運行結果: 2、全域const變數存放在只讀資料段(不能通過地址修改,會發生寫入錯誤), 默認為外部聯編,可以給其他源檔案使用(需要用extern關鍵字修飾) 運行結果: ......

    uj5u.com 2020-09-10 00:58:04 more
  • 【C++犯錯記錄】VS2019 MFC添加資源不懂如何修改資源宏ID

    1. 首先在資源視圖中,添加資源 2. 點擊新添加的資源,復制自動生成的ID 3. 在解決方案資源管理器中找到Resource.h檔案,編輯,使用整個專案搜索和替換的方式快速替換 宏宣告 4. Ctrl+Shift+F 全域搜索,點擊查找全部,然后逐個替換 5. 為什么使用搜索替換而不使用屬性視窗直 ......

    uj5u.com 2020-09-10 00:59:11 more
  • 【C++犯錯記錄】VS2019 MFC不懂的批量添加資源

    1. 打開資源頭檔案Resource.h,在其中預先定義好宏 ID(不清楚其實ID值應該設定多少,可以先新建一個相同的資源項,再在這個資源的ID值的基礎上遞增即可) 2. 在資源視圖中選中專案資源,按F7編輯資源檔案,按 ID 型別 相對路徑的形式添加 資源。(別忘了先把檔案拷貝到專案中的res檔案 ......

    uj5u.com 2020-09-10 01:00:19 more
  • C/C++編程筆記:關于C++的參考型別,專供新手入門使用

    今天要講的是C++中我最喜歡的一個用法——參考,也叫別名。 參考就是給一個變數名取一個變數名,方便我們間接地使用這個變數。我們可以給一個變數創建N個參考,這N + 1個變數共享了同一塊記憶體區域。(參考型別的變數會占用記憶體空間,占用的記憶體空間的大小和指標型別的大小是相同的。雖然參考是一個物件的別名,但 ......

    uj5u.com 2020-09-10 01:00:22 more
  • 【C/C++編程筆記】從頭開始學習C ++:初學者完整指南

    眾所周知,C ++的學習曲線陡峭,但是花時間學習這種語言將為您的職業帶來奇跡,并使您與其他開發人員區分開。您會更輕松地學習新語言,形成真正的解決問題的技能,并在編程的基礎上打下堅實的基礎。 C ++將幫助您養成良好的編程習慣(即清晰一致的編碼風格,在撰寫代碼時注釋代碼,并限制類內部的可見性),并且由 ......

    uj5u.com 2020-09-10 01:00:41 more
最新发布
  • Rust中的智能指標:Box<T> Rc<T> Arc<T> Cell<T> RefCell<T> Weak

    Rust中的智能指標是什么 智能指標(smart pointers)是一類資料結構,是擁有資料所有權和額外功能的指標。是指標的進一步發展 指標(pointer)是一個包含記憶體地址的變數的通用概念。這個地址參考,或 ” 指向”(points at)一些其 他資料 。參考以 & 符號為標志并借用了他們所 ......

    uj5u.com 2023-04-20 07:24:10 more
  • Java的值傳遞和參考傳遞

    值傳遞不會改變本身,參考傳遞(如果傳遞的值需要實體化到堆里)如果發生修改了會改變本身。 1.基本資料型別都是值傳遞 package com.example.basic; public class Test { public static void main(String[] args) { int ......

    uj5u.com 2023-04-20 07:24:04 more
  • [2]SpinalHDL教程——Scala簡單入門

    第一個 Scala 程式 shell里面輸入 $ scala scala> 1 + 1 res0: Int = 2 scala> println("Hello World!") Hello World! 檔案形式 object HelloWorld { /* 這是我的第一個 Scala 程式 * 以 ......

    uj5u.com 2023-04-20 07:23:58 more
  • 理解函式指標和回呼函式

    理解 函式指標 指向函式的指標。比如: 理解函式指標的偽代碼 void (*p)(int type, char *data); // 定義一個函式指標p void func(int type, char *data); // 宣告一個函式func p = func; // 將指標p指向函式func ......

    uj5u.com 2023-04-20 07:23:52 more
  • Django筆記二十五之資料庫函式之日期函式

    本文首發于公眾號:Hunter后端 原文鏈接:Django筆記二十五之資料庫函式之日期函式 日期函式主要介紹兩個大類,Extract() 和 Trunc() Extract() 函式作用是提取日期,比如我們可以提取一個日期欄位的年份,月份,日等資料 Trunc() 的作用則是截取,比如 2022-0 ......

    uj5u.com 2023-04-20 07:23:45 more
  • 一天吃透JVM面試八股文

    什么是JVM? JVM,全稱Java Virtual Machine(Java虛擬機),是通過在實際的計算機上仿真模擬各種計算機功能來實作的。由一套位元組碼指令集、一組暫存器、一個堆疊、一個垃圾回收堆和一個存盤方法域等組成。JVM屏蔽了與作業系統平臺相關的資訊,使得Java程式只需要生成在Java虛擬機 ......

    uj5u.com 2023-04-20 07:23:31 more
  • 使用Java接入小程式訂閱訊息!

    更新完微信服務號的模板訊息之后,我又趕緊把微信小程式的訂閱訊息給實作了!之前我一直以為微信小程式也是要企業才能申請,沒想到小程式個人就能申請。 訊息推送平臺🔥推送下發【郵件】【短信】【微信服務號】【微信小程式】【企業微信】【釘釘】等訊息型別。 https://gitee.com/zhongfuch ......

    uj5u.com 2023-04-20 07:22:59 more
  • java -- 緩沖流、轉換流、序列化流

    緩沖流 緩沖流, 也叫高效流, 按照資料型別分類: 位元組緩沖流:BufferedInputStream,BufferedOutputStream 字符緩沖流:BufferedReader,BufferedWriter 緩沖流的基本原理,是在創建流物件時,會創建一個內置的默認大小的緩沖區陣列,通過緩沖 ......

    uj5u.com 2023-04-20 07:22:49 more
  • Java-SpringBoot-Range請求頭設定實作視頻分段傳輸

    老實說,人太懶了,現在基本都不喜歡寫筆記了,但是網上有關Range請求頭的文章都太水了 下面是抄的一段StackOverflow的代碼...自己大修改過的,寫的注釋挺全的,應該直接看得懂,就不解釋了 寫的不好...只是希望能給視頻網站開發的新手一點點幫助吧. 業務場景:視頻分段傳輸、視頻多段傳輸(理 ......

    uj5u.com 2023-04-20 07:22:42 more
  • Windows 10開發教程_編程入門自學教程_菜鳥教程-免費教程分享

    教程簡介 Windows 10開發入門教程 - 從簡單的步驟了解Windows 10開發,從基本到高級概念,包括簡介,UWP,第一個應用程式,商店,XAML控制元件,資料系結,XAML性能,自適應設計,自適應UI,自適應代碼,檔案管理,SQLite資料庫,應用程式到應用程式通信,應用程式本地化,應用程式 ......

    uj5u.com 2023-04-20 07:22:35 more