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- android - 无法更新 RecyclerView 中的 TextView 字段
- android.database.CursorIndexOutOfBoundsException : Index 0 requested, 光标大小为 0
- android - 使用 AppCompat 时,我们是否需要明确指定其 UI 组件(Spinner、EditText)颜色
%matplotlib notebook
import numpy as np
import matplotlib.pyplot as plt
import matplotlib.animation as animation
from math import pi
# wave speed
c = 1
# spatial domain
xmin = 0
xmax = 1
#time domain
m=500; # num of time steps
tmin=0
T = tmin + np.arange(m+1);
tmax=500
n = 50 # num of grid points
# x grid of n points
X, dx = np.linspace(xmin, xmax, n+1, retstep=True);
X = X[:-1] # remove last point, as u(x=1,t)=u(x=0,t)
# for CFL of 0.1
CFL = 0.3
dt = CFL*dx/c
# initial conditions
def initial_u(x):
return np.sin(2*pi*x)
# each value of the U array contains the solution for all x values at each timestep
U = np.zeros((m+1,n),dtype=float)
U[0] = u = initial_u(X);
def derivatives(t,u,c,dx):
uvals = [] # u values for this time step
for j in range(len(X)):
if j == 0: # left boundary
uvals.append((-c/(2*dx))*(u[j+1]-u[n-1]))
elif j == n-1: # right boundary
uvals.append((-c/(2*dx))*(u[0]-u[j-1]))
else:
uvals.append((-c/(2*dx))*(u[j+1]-u[j-1]))
return np.asarray(uvals)
# solve for 500 time steps
for k in range(m):
t = T[k];
k1 = derivatives(t,u,c,dx)*dt;
k2 = derivatives(t+0.5*dt,u+0.5*k1,c,dx)*dt;
k3 = derivatives(t+0.5*dt,u+0.5*k2,c,dx)*dt;
k4 = derivatives(t+dt,u+k3,c,dx)*dt;
U[k+1] = u = u + (k1+2*k2+2*k3+k4)/6;
# plot solution
plt.style.use('dark_background')
fig = plt.figure()
ax1 = fig.add_subplot(1,1,1)
line, = ax1.plot(X,U[0],color='cyan')
ax1.grid(True)
ax1.set_ylim([-2,2])
ax1.set_xlim([0,1])
def animate(i):
line.set_ydata(U[i])
return line,
我想用 Python 编写一个平流方程,即 (∂u/∂t) +c (∂u/∂x) = 0。时间应使用 Runge-kutta 四阶离散化。空间离散化是二阶有限差分。当我运行代码时,我得到的直线转变为正弦波。但我给出了正弦波作为初始条件。为什么它一开始是直线?我想让正弦波继续前进。你知道如何让正弦波向前发展吗?我感谢您的帮助。提前致谢!
最佳答案
虽然表面上您的计算步骤与 RK4 方法相关,但它们与 RK4 方法和正确的空间离散化相差太多,无法一一提及。
应用 ODE 积分方法的传统方法是使用函数 derivatives(t, state, params)
,然后应用它来计算 Euler 步骤或 RK4 步骤。在你的情况下,它会是
def derivatives(t,u,c,dx):
du = np.zeros(len(u));
p = c/(2*dx);
du[0] = p*(u[1]-u[-1]);
du[1:-1] = p*(u[2:]-u[:-2]);
du[-1] = p*(u[0]-u[-2]);
return du;
然后你就可以了
X, dx = np.linspace(xmin, xmax, n+1, retstep=True);
X = X[:-1] # remove last point, as u(x=1,t)=u(x=0,t)
m=500; # number of time steps
T = tmin + np.arange(m+1);
U = np.zeros((m+1,n),dtype=float)
U[0] = u = initial_u(X);
for k in range(m):
t = T[k];
k1 = derivatives(t,u,c,dx)*dt;
k2 = derivatives(t+0.5*dt,u+0.5*k1,c,dx)*dt;
k3 = derivatives(t+0.5*dt,u+0.5*k2,c,dx)*dt;
k4 = derivatives(t+dt,u+k3,c,dx)*dt;
U[k+1] = u = u + (k1+2*k2+2*k3+k4)/6;
这使用 dt
作为时间步长中的主要变量进行计算,然后使用 dt
步长从 tmin
构造算术序列。其他方法也是可能的,但必须使 tmax
和时间步数兼容。
到目前为止的计算现在应该是成功的并且可以在动画中使用。根据我的理解,您不会在每一帧中生成新的绘图,您只绘制一次图形,然后只需更改线条数据
# animate the time data
line, = ax1.plot(X,U[0],color='cyan')
ax1.grid(True)
ax1.set_ylim([-2,2])
ax1.set_xlim([0,1])
def animate(i):
line.set_ydata(U[i])
return line,
等等
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我是一名优秀的程序员,十分优秀!