2019年5月13日 星期一

C語言 例題5-6 四階 Runge-Kutta 解 ODE y'= -y + t^2 + 1 , 0<=t<=1 , y(0)=1 , 真實解 W(t)= -2e^(-t) + t ^2 - 2t + 3

C語言 例題5-6  四階 Runge-Kutta 解 ODE y'= -y + t^2 + 1 , 0<=t<=1 , y(0)=1 , 真實解 W(t)= -2e^(-t) + t ^2 - 2t + 3


//Code for RUNGE-KUTTA 4th ORDER METHOD in C Programming
// dy/dx = -y +x^2 +1  , 0<= x <=1 , y(0)=1

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <math.h>

double rk4(double(*f)(double, double), double dx, double x, double y)
{
double k1 = dx * f(x, y),
k2 = dx * f(x + dx / 2, y + k1 / 2),
k3 = dx * f(x + dx / 2, y + k2 / 2),
k4 = dx * f(x + dx, y + k3);
return y + (k1 + 2 * k2 + 2 * k3 + k4) / 6;
}

double rate(double x, double y)
{
return (-y+ (x*x) +1);
}


int main(void)
{
double *y, x, y2;
double x0 = 0, x1 = 1, dx = .001;
int i, n = 1 + (x1 - x0)/dx;
y = (double *)malloc(sizeof(double) * n);

for (y[0] = 1, i = 1; i < n; i++)
y[i] = rk4(rate, dx, x0 + dx * (i - 1), y[i-1]);

printf("   x\t     y\t     real.        err.\n------------------------------------------\n");
for (i = 0; i < n; i++)
{
x = x0 + dx * i;
y2 = -2*exp(-x) + pow(x, 2) -2*x +3;
if (i%100==0)
    printf("%0.2lf\t%0.7lf\t%0.7lf\t%0.7lf\n", x, y[i], y2, (y[i]/y2 - 1));
}

return 0;
}


輸出畫面
   x      y      real.        err.
------------------------------------------
0.00 1.0000000 1.0000000 0.0000000
0.10 1.0003252 1.0003252 0.0000000
0.20 1.0025385 1.0025385 0.0000000
0.30 1.0083636 1.0083636 0.0000000
0.40 1.0193599 1.0193599 0.0000000
0.50 1.0369387 1.0369387 0.0000000
0.60 1.0623767 1.0623767 0.0000000
0.70 1.0968294 1.0968294 0.0000000
0.80 1.1413421 1.1413421 0.0000000
0.90 1.1968607 1.1968607 0.0000000
1.00 1.2642411 1.2642411 0.0000000

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