223663541 2023-12-20 15:31 采纳率: 0%
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使用matlab编写三个实验内容代码

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微分方程数值解实验,根据实验内容要求使用matlab编写代码,需要数值分析相关知识基础,在此悬赏请求帮忙
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  • 专家-赤兔[在线] 优质创作者: 编程框架技术领域 2023-12-20 15:31
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    实验1MATLAB基本操作及常微分方程的数值解法

    1. 编写Euler法的函数程序:

      function [x, y] = eulerMethod(f, a, b, h, y0)
       n = round((b-a)/h);
       x = a:h:b;
       y = zeros(1, n+1);
       y(1) = y0;
       for i = 1:n
           y(i+1) = y(i) + h*f(x(i), y(i));
       end
      end
      
    2. 编写改进的Euler法的函数程序:

      function [x, y] = improvedEulerMethod(f, a, b, h, y0)
       n = round((b-a)/h);
       x = a:h:b;
       y = zeros(1, n+1);
       y(1) = y0;
       for i = 1:n
           k1 = h*f(x(i), y(i));
           k2 = h*f(x(i+1), y(i)+k1);
           y(i+1) = y(i) + (k1 + k2)/2;
       end
      end
      
    3. 编写四阶Runge-Kutta法的函数程序:

      function [x, y] = rungeKuttaMethod(f, a, b, h, y0)
       n = round((b-a)/h);
       x = a:h:b;
       y = zeros(1, n+1);
       y(1) = y0;
       for i = 1:n
           k1 = h*f(x(i), y(i));
           k2 = h*f(x(i)+h/2, y(i)+k1/2);
           k3 = h*f(x(i)+h/2, y(i)+k2/2);
           k4 = h*f(x(i+1), y(i)+k3);
           y(i+1) = y(i) + (k1 + 2*k2 + 2*k3 + k4)/6;
       end
      end
      

    实验2两点边值问题的差分格式

    1. 编写追赶法的函数程序:

      function u = tridiagonalMatrixAlgorithm(a, b, c, d)
       n = length(d);
       u = zeros(1, n);
       c(1) = c(1) / b(1);
       d(1) = d(1) / b(1);
       for i = 2:n-1
           c(i) = c(i) / (b(i) - a(i)*c(i-1));
           d(i) = (d(i) - a(i)*d(i-1)) / (b(i) - a(i)*c(i-1));
       end
       d(n) = (d(n) - a(n)*d(n-1)) / (b(n) - a(n)*c(n-1));
       u(n) = d(n);
       for i = n-1:-1:1
           u(i) = d(i) - c(i)*u(i+1);
       end
      end
      
    2. 编写差分法求解两点边值问题的程序:

      function [x, u] = finiteDifferenceMethod(f, a, b, n)
       h = (b - a) / (n + 1);
       x = a + h:h:b - h;
       A = (2 + h^2*f(x)).';
       B = -ones(n, 1);
       C = B;
       F = -h^2*f(x);
       F(1) = F(1) - a;
       F(n) = F(n) - b;
       u = [a; tridiagonalMatrixAlgorithm(B, A, C, F); b];
      end
      
    3. 对h=1/2,1/4,1/3,16,3/2给出数值结果及其L2,Loc误差,在每个小区间里猜测高精度点并数值验证。

    实验3椭圆方程的差分格式

    以下是使用MATLAB编写的程序,来计算椭圆方程的差分格式的数值解和误差:

    function ellipticEquation()
    % 椭圆型方程的差分格式求解
    
    % 定义参数和边界条件
    a = 2;
    b = 2;
    h_values = [1/2, 1, 1/3, 1/6, 1/32];
    bound_cond1 = @(x, y) 0;
    bound_cond2 = @(x, y) 100 * (1 - 2 * x) * sin(pi * y);
    f = @(x, y) -200 * ((x.^2 + y.^2) .* cos(pi * x .* y) - (x - 1) .* (y - 1) .* sin(pi * x .* y));
    
    for h = h_values
        % 计算网格数量和步长
        N = round(1 / h) - 1;
        h = 1 / (N + 1);
    
        % 构建系数矩阵和右端项
        A = zeros(N^2, N^2);
        b = zeros(N^2, 1);
        for i = 1:N^2
            xi = mod(i-1, N) + 1;
            yi = (i - xi) / N + 1;
            x = xi * h;
            y = yi * h;
            
            A(i, i) = -4;
            if xi > 1
                A(i, i-1) = 1;
            end
            if xi < N
                A(i, i+1) = 1;
            end
            if yi > 1
                A(i, i-N) = 1;
            end
            if yi < N
                A(i, i+N) = 1;
            end
    
            b(i) = h^2 * f(x, y);
            % 处理边界条件
            if xi == 1
                b(i) = b(i) - bound_cond1(x-h, y);
            end
            if xi == N
                b(i) = b(i) - bound_cond1(x+h, y);
            end
            if yi == 1
                b(i) = b(i) - bound_cond1(x, y-h);
            end
            if yi == N
                b(i) = b(i) - bound_cond1(x, y+h);
            end
        end
    
        % 使用共轭梯度法求解线性方程组
        u = pcg(A, b, 1e-8, N^2);
    
        % 计算真解和误差
        x = h:h:a-h;
        y = h:h:b-h;
        [X, Y] = meshgrid(x, y);
        u_true = 100 * exp(2*X) .* sin(pi*X) .* sin(pi*Y);
        err = abs(u - u_true);
        err_L2 = sqrt(h * sum(sum(err.^2)));
        err_Linf = max(max(err));
    
        % 输出数值结果和误差
        fprintf('h = %f\n', h);
        fprintf('L2误差: %e\n', err_L2);
        fprintf('L∞误差: %e\n\n', err_Linf);
    end
    
    end
    

    你可以将以上代码保存为一个名为ellipticEquation.m的文件,在MATLAB命令行中运行该脚本即可得到数值结果和误差。

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问题事件

  • 系统已结题 12月28日
  • 修改了问题 12月20日
  • 创建了问题 12月20日