Python中Runge-Kutta 4求解三阶微分方程组结果异常排查
RK4求解三阶ODE结果与欧拉法差异过大的问题排查
我编写了用于求解三阶ODEs的Runge-Kutta 4(RK4)代码,但计算结果与欧拉法求解同一微分方程组的结果差异显著。
欧拉法的结果如下所示:
而使用附上的RK4代码得到的结果却大相径庭:
import matplotlib.pyplot as plt umax = 0.53 Km = 0.12 Yxs = 0.4 S1f = 4 Yxp = 0.4 D=0.5 # X1f=0.2 P1f=0.1 # Equations: #du/dt=V(u,t) def V(u,t): X1, S1, P1, vx, vs, vp = u return np.array([ vx,vs,vp, D*(X1f - X1)+(umax*(1-np.exp(-S1/Km)))*X1, D*(S1f - S1)-(umax*(1-np.exp(-S1/Km))*X1)/Yxs, D*(P1f - P1)+(umax*(1-np.exp(-S1/Km)))*X1*Yxp ]) def rk4(f, u0, t0, tf , n): t = np.linspace(t0, tf, n+1) u = np.array((n+1)*[u0]) h = (t[1]-t[0])/n for i in range(n): k1 = h * f(u[i], t[i]) k2 = h * f(u[i] + 0.5 * k1, t[i] + 0.5*h) k3 = h * f(u[i] + 0.5 * k2, t[i] + 0.5*h) k4 = h * f(u[i] + k3, t[i] + h) u[i+1] = u[i] + (k1 + 2*(k2 + k3 ) + k4) / 6 return u, t u, t = rk4(V, np.array([0., 0., 0. , 0., 1. , 0.]) , 0. , 40. , 4000) x,y,z, vx,vs,vp = u.T # plt.plot(t, x, t,y) plt.plot(t, x, t,y,t,z) plt.grid('on') plt.show()
已多次检查代码,但仍未找到结果与欧拉法差异巨大的原因,请求协助排查。
内容的提问来源于stack exchange,提问作者Juan Saknussem
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