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我已经按照本文所述用 Java 实现了 Runge-Kutta 4 算法。 http://spiff.rit.edu/richmond/nbody/OrbitRungeKutta4.pdf
然而,运动是不稳定的。即使只有两个 body ,也没有周期性运动。
protected void integrateRK4(double time) {
final double H = time;
final double HO2 = H/2;
final double HO6 = H/6;
Vector2[] currentVelocities = new Vector2[objects.length];
Vector2[] currentPositions = new Vector2[objects.length];
Vector2[] vk1 = new Vector2[objects.length];
Vector2[] vk2 = new Vector2[objects.length];
Vector2[] vk3 = new Vector2[objects.length];
Vector2[] vk4 = new Vector2[objects.length];
Vector2[] rk1 = new Vector2[objects.length];
Vector2[] rk2 = new Vector2[objects.length];
Vector2[] rk3 = new Vector2[objects.length];
Vector2[] rk4 = new Vector2[objects.length];
for (int i=0; i<objects.length; i++) {
currentVelocities[i] = objects[i].velocity().clone();
currentPositions[i] = objects[i].position().clone();
}
vk1 = computeAccelerations(objects);
for (int i=0; i<objects.length; i++) {
rk1[i] = currentVelocities[i].clone();
}
for (int i=0; i<objects.length; i++) {
objects[i].setPosition(Vectors2.add(currentPositions[i], Vectors2.prod(rk1[i], HO2)));
}
vk2 = computeAccelerations(objects);
for (int i=0; i<objects.length; i++) {
rk2[i] = Vectors2.prod(vk1[i], HO2);
}
for (int i=0; i<objects.length; i++) {
objects[i].setPosition(Vectors2.add(currentPositions[i], Vectors2.prod(rk2[i], HO2)));
}
vk3 = computeAccelerations(objects);
for (int i=0; i<objects.length; i++) {
rk3[i] = Vectors2.prod(vk2[i], HO2);
}
for (int i=0; i<objects.length; i++) {
objects[i].setPosition(Vectors2.add(currentPositions[i], Vectors2.prod(rk3[i], H)));
}
vk4 = computeAccelerations(objects);
for (int i=0; i<objects.length; i++) {
rk4[i] = Vectors2.prod(vk3[i], H);
}
for (int i=0; i<objects.length; i++) {
objects[i].setVelocity(Vectors2.add(currentVelocities[i], Vectors2.prod(Vectors2.add(vk1[i], Vectors2.prod(vk2[i], 2), Vectors2.prod(vk3[i], 2), vk4[i]), HO6)));
objects[i].setPosition(Vectors2.add(currentPositions[i], Vectors2.prod(Vectors2.add(rk1[i], Vectors2.prod(rk2[i], 2), Vectors2.prod(rk3[i], 2), rk4[i]), HO6)));
}
}
我的实现不知何故不正确吗?
注意:
Vectors2
是我自己实现的 Vectors,它是大小为 2 的一阶张量。
所有静态方法 Vectors2.*
都返回 vector 的副本。
所有在 Vector2 实例上调用的非静态方法都会修改 vector ,同样适用于 objects[i].addVelocity()
和 objects[i].addPosition()
Vectors2.add(Vector2... vectors2)
进行逐元素加法。Vectors2.prod(Vector2... vectors2)
执行逐元素乘法。Vectors2.prod(Vector2 vector2, double c)
执行逐元素乘法。
computeAccelerations(PointBody[] objects)
返回加速度 vector 数组。
变量 objects
是类 NBodyIntegrator
的一个属性,这些函数是其中的一部分。它是一个 PointBody[]
数组。
为了确保这不是其他错误,我通过删除 k2、k3 和 k4 将 RK4 算法缩减为显式欧拉算法。这一个按预期工作。
protected void integrateRK1(double time) {
final double H = time;
final double HO2 = H/2;
Vector2[] currentVelocities = new Vector2[objects.length];
Vector2[] currentPositions = new Vector2[objects.length];
Vector2[] vk1;
Vector2[] rk1 = new Vector2[objects.length];
for (int i=0; i<objects.length; i++) {
currentVelocities[i] = objects[i].velocity().clone();
currentPositions[i] = objects[i].position().clone();
}
vk1 = computeAccelerations(objects);
for (int i=0; i<objects.length; i++) {
rk1[i] = currentVelocities[i].clone();
}
for (int i=0; i<objects.length; i++) {
objects[i].setVelocity(Vectors2.add(currentVelocities[i], Vectors2.prod(Vectors2.add(vk1[i]), H)));
objects[i].setPosition(Vectors2.add(currentPositions[i], Vectors2.prod(Vectors2.add(rk1[i]), H)));
}
}
最佳答案
你在设置
rk1 = v0
pos2 = pos0 + rk1*h/2
vk2 = acc(pos2)
这是正确的。但是然后你继续
rk2 = vk1*h/2
它应该在哪里
rk2 = v0 + vk1*h/2
等等。当然那么累积位置更新也是错误的。
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