Форум программистов, компьютерный форум, киберфорум
C# для начинающих
Войти
Регистрация
Восстановить пароль
Блоги Сообщество Поиск Заказать работу  
 
0 / 0 / 0
Регистрация: 21.06.2018
Сообщений: 3

Численное решение системы ДУ методом Рунге-Кутты

29.01.2020, 22:28. Показов 1113. Ответов 0

Студворк — интернет-сервис помощи студентам
Всем доброго времени суток.
В рамках курсовой требуется реализовать численное решение системы ДУ методом Рунге-Кутты 4-го порядка.
ДУ такое:

dx/dt = x(r1-k1*x-a1*y),
dy/dt = y(r2-k2*x-a2*y).

Это модель Вольтерра-Лотки, которая описывает динамику конкурирующих популяций с добавлением внутривидовой конкуренции. Параметры r, k, a положительны.
На вход подаются данные параметры, исходное число популяций и время, за которое рассматривается динамика численности.

Вот что получилось:
C#
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29
30
31
32
33
34
35
36
37
38
39
40
41
42
43
44
45
46
47
48
49
50
51
52
53
54
55
56
57
58
59
60
61
62
63
64
65
66
67
68
69
70
71
72
73
74
75
76
77
78
79
80
81
82
83
84
85
86
87
88
89
90
91
92
93
94
95
96
97
98
99
100
101
102
103
104
105
106
107
108
109
110
111
112
113
114
115
116
117
118
119
120
121
122
123
124
125
126
127
128
129
130
131
132
133
134
135
136
137
138
139
140
141
142
143
144
145
146
147
148
149
150
151
152
153
154
//Максимальный элемент в массиве
        double max(double[] x)
        {
            double max = x[0];
            for (int i = 1; i < x.GetLength(0); i++)
                if (x[i] > max)
                    max = x[i];
 
            return max;
        }
 
        //l-норма матрицы
        double lnorm(int[][] x)
        {
            int s = 0;
            for (int j = 0; j < 2; j++)
            {
                int max = x[0][j];
                for (int i = 1; i < x.GetLength(0); i++)
                    max = Math.Max(max, x[i][j]);
                s += max;
            }
            return s;
        }
 
        //вектор-функция F, не зависит от времени, поэтому данный параметр не нужен
        int[] f(int[] x, double[] r, double[] k, double[] a)
        {
            int[] result = new int[2];
            double[] precomp = new double[2];
 
            precomp[0] = x[0] * (r[0] - k[0] * x[0] - a[0] * x[1]);
            precomp[1] = x[1] * (r[1] - k[1] * x[0] - a[1] * x[1]);
 
 
            //Проверка получившихся значений: в случае выхода за пределы программа выкинет ошибку, а отрицательным результат быть не может из смысла задачи
            if (precomp[0] > Int32.MaxValue)
                result[0] = Int32.MaxValue;
            else if (precomp[0] < 0)
                result[0] = 0;
            else
                result[0] = Convert.ToInt32(precomp[0]);
 
            if (precomp[1] > Int32.MaxValue)
                result[1] = Int32.MaxValue;
            else if (precomp[1] < 0)
                result[1] = 0;
            else
                result[1] = Convert.ToInt32(precomp[1]);
 
            return result;
        }
 
        //Заметим, что в методе Рунге-Кутта первое приближение k1 совпадает с исходной функцией
 
        //второе приближение: f(t + h/2, y + h/2 * k1);
        int[] k2(int[] x, double[] r, double[] k, double[] a, double h)
        {
            int[] res = new int[2];
            res[0] = Convert.ToInt32(x[0] + h / 2 * f(x, r, k, a)[0]);
            res[1] = Convert.ToInt32(x[1] + h / 2 * f(x, r, k, a)[1]);
 
            return f(res, r, k, a);
 
        }
        
        //третье приближение: f(t + h/2, y + h/2 * k2);
        int[] k3(int[] x, double[] r, double[] k, double[] a, double h)
        {
            int[] res = new int[2];
            res[0] = Convert.ToInt32(x[0] + h / 2 * k2(x, r, k, a, h)[0]);
            res[1] = Convert.ToInt32(x[1] + h / 2 * k2(x, r, k, a, h)[1]);
 
            return f(res, r, k, a);
        }
 
        //четвертое приближение: f(t + h, y + h * k3);
        int[] k4(int[] x, double[] r, double[] k, double[] a, double h)
        {
            int[] res = new int[2];
            res[0] = Convert.ToInt32(x[0] + h * k3(x, r, k, a, h)[0]);
            res[1] = Convert.ToInt32(x[1] + h * k3(x, r, k, a, h)[1]);
 
            return f(res, r, k, a);
        }
 
        //Подсчет на i шаге
        //y_i+1 = y_i + h/6 * (k1 + 2k2 + 2k3 + k4)
        int[] rk4i(int[] x, double[] r, double[] k, double[] a, double h)
        {
            int[] resf = f(x, r, k, a);
            int[] resk2 = k2(x, r, k, a, h);
            int[] resk3 = k3(x, r, k, a, h);
            int[] resk4 = k4(x, r, k, a, h);
            int[] res = new int[2];
 
            res[0] = Convert.ToInt32(x[0] + h / 6 * (resf[0] + 2 * resk2[0] + 2 * resk3[0] + resk4[0]));
            res[1] = Convert.ToInt32(x[1] + h / 6 * (resf[1] + 2 * resk2[1] + 2 * resk3[1] + resk4[1]));
 
            return res;
        }
             
        //Подсчет с шагом h
        int[][] rk4h(int[] x, double[] r, double[] k, double[] a, double h, int T)
        {
            int N = Convert.ToInt32(T / h);
            int[][] res = new int[N][];
            for (int i = 0; i < N; i++)
                res[i] = new int[2];
 
            res[0] = rk4i(x, r, k, a, h);
            for (int i = 1; i < N; i++)
                res[i] = rk4i(res[i - 1], r, k, a, h);
 
            return res;
        }
 
        //Подсчет с точностью eps по правилу Рунге
        int[][] rk4(int[] x, double[] r, double[] k, double[] a, int T, double eps)
        {
            double h1 = 2.5 / max(r);
            double h2 = h1 / 2;
 
            int[][] y1 = rk4h(x, r, k, a, h1, T);
            int[][] y2 = rk4h(x, r, k, a, h2, T);
 
            int N1 = Convert.ToInt32(T / h1);
            int[][] re = new int[N1][];
            for (int i = 0; i < N1; i++)
                re[i] = new int[2];
            for (int i = 0; i < N1; i++)
                for (int j = 0; j < 2; j++)
                    re[i][j] = Math.Abs(y1[i][j] - y2[2 * i][j]);
            double rung = lnorm(re) / 15;                                               //4 порядок точности
 
            while (rung > eps)
            {
                h1 = h2;
                h2 = h1 / 2;
                y1 = rk4h(x, r, k, a, h1, T);
                y2 = rk4h(x, r, k, a, h2, T);
 
                N1 = Convert.ToInt32(T / h1);
                Array.Resize(ref re, N1);
                for (int i = 0; i < N1; i++)
                    re[i] = new int[2];
                for (int i = 0; i < N1; i++)
                    for (int j = 0; j < 2; j++)
                        re[i][j] = Math.Abs(y1[i][j] - y2[2 * i][j]);
                rung = lnorm(re) / 15;
            }
 
            return y1;
        }
Проблема в том, что погрешность решения rung монотонно возрастает, из-за чего невозможно получить ответ.
Вопрос: как решить проблему? Может стоит по иному считать норму матрицы? Или успех зависит от подобранных параметров?
Все коэффициенты для подсчета взяты из учебника.
Жду ответов, предложений, дополнений и критику
0
IT_Exp
Эксперт
34794 / 4073 / 2104
Регистрация: 17.06.2006
Сообщений: 32,602
Блог
29.01.2020, 22:28
Ответы с готовыми решениями:

Решение системы 6 уравнений методом Рунге-Кутта 4 порядка
Подскажите пожалуйста, как переделать мою программу для решения системы 6 уравнений методом рунге кута 4 порядка? Переделать на язык С#? ...

Уравнение методом Рунге-Кутты
Нужно решить ДУ методом Рунге-Кутта {\delta }^{**}\cdot \frac{dH}{dx}=\left\cdot \exp \left где ({Re}^{**})^{1/6}=\frac{\rho...

Реализация метода Рунге-Кутты для параллельного решения системы ОДУ
Доброго времени суток. Коллеги, не найдется ли у кого реализации метода Рунге-Кутты для решения систем ОДУ на C#, который можно было бы...

0
Надоела реклама? Зарегистрируйтесь и она исчезнет полностью.
BasicMan
Эксперт
29316 / 5623 / 2384
Регистрация: 17.02.2009
Сообщений: 30,364
Блог
29.01.2020, 22:28
Помогаю со студенческими работами здесь

Решение системы дифференциальных уравнений методом Эйлера и Рунге-Кутты 4 порядка
Здравствуйте уважаемые форумчани. Есть следующая задача: решить методом Эйлера и Рунге-Кутты 4 порядка следующие уравнение dv/dt...

Решение системы ОДУ методом Рунге-Кутты 4 порядка с граничными условиями
Здравствуйте У меня есть система ОДУ, описывающих концентрацию кальция в различных отделах клетки. Решаю эту систему методом Рунге-Кутты...

Решение задачи Коши для системы 2 диф. уравнений методом Рунге-Кутты 4 порядка
Здравствуйте, помогите с написанием это программой, вообще не знаю как писать.

Решение методом Рунге-Кутты
Можно ли без преобразования решить такую систему с помощью MatLab?

Найти решение методом Рунге-Кутты
Помогите решить пример методом рунге-кутте в маткаде. Заранее спасибо. Вот сам пример.


Искать еще темы с ответами

Или воспользуйтесь поиском по форуму:
1
Ответ Создать тему
Новые блоги и статьи
Музыка, написанная Искусственным Интеллектом
volvo 04.12.2025
Всем привет. Некоторое время назад меня заинтересовало, что уже умеет ИИ в плане написания музыки для песен, и, собственно, исполнения этих самых песен. Стихов у нас много, уже вышли 4 книги, еще 3. . .
От async/await к виртуальным потокам в Python
IndentationError 23.11.2025
Армин Ронахер поставил под сомнение async/ await. Создатель Flask заявляет: цветные функции - провал, виртуальные потоки - решение. Не threading-динозавры, а новое поколение лёгких потоков. Откат?. . .
Поиск "дружественных имён" СОМ портов
Argus19 22.11.2025
Поиск "дружественных имён" СОМ портов На странице: https:/ / norseev. ru/ 2018/ 01/ 04/ comportlist_windows/ нашёл схожую тему. Там приведён код на С++, который показывает только имена СОМ портов, типа,. . .
Сколько Государство потратило денег на меня, обеспечивая инсулином.
Programma_Boinc 20.11.2025
Сколько Государство потратило денег на меня, обеспечивая инсулином. Вот решила сделать интересный приблизительный подсчет, сколько государство потратило на меня денег на покупку инсулинов. . . .
Ломающие изменения в C#.NStar Alpha
Etyuhibosecyu 20.11.2025
Уже можно не только тестировать, но и пользоваться C#. NStar - писать оконные приложения, содержащие надписи, кнопки, текстовые поля и даже изображения, например, моя игра "Три в ряд" написана на этом. . .
Мысли в слух
kumehtar 18.11.2025
Кстати, совсем недавно имел разговор на тему медитаций с людьми. И обнаружил, что они вообще не понимают что такое медитация и зачем она нужна. Самые базовые вещи. Для них это - когда просто люди. . .
Создание Single Page Application на фреймах
krapotkin 16.11.2025
Статья исключительно для начинающих. Подходы оригинальностью не блещут. В век Веб все очень привыкли к дизайну Single-Page-Application . Быстренько разберем подход "на фреймах". Мы делаем одну. . .
Фото: Daniel Greenwood
kumehtar 13.11.2025
Расскажи мне о Мире, бродяга
kumehtar 12.11.2025
— Расскажи мне о Мире, бродяга, Ты же видел моря и метели. Как сменялись короны и стяги, Как эпохи стрелою летели. - Этот мир — это крылья и горы, Снег и пламя, любовь и тревоги, И бескрайние. . .
PowerShell Snippets
iNNOKENTIY21 11.11.2025
Модуль PowerShell 5. 1+ : Snippets. psm1 У меня модуль расположен в пользовательской папке модулей, по умолчанию: \Documents\WindowsPowerShell\Modules\Snippets\ А в самом низу файла-профиля. . .
КиберФорум - форум программистов, компьютерный форум, программирование
Powered by vBulletin
Copyright ©2000 - 2025, CyberForum.ru