怎么用龙格库塔法

Question

我现在有了具体的龙格库塔的matlab程序，但再在解微分方程组时，不知道怎么调用，特别是方程组比较复杂，请教高手指教，谢谢啦啦

Answer 1

初值给一下。

在Matlab下输入：edit，然后将下面两行百分号之间的内容，复制进去，保存
%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%
function dxdt=ode_Miss_ghost(t,x)
%分别用x(1),x(2),x(3),x(4)代替N1,P1,N2,P2
N1=x(1);
P1=x(2);
N2=x(3);
P2=x(4);
K=2;

tau_c=3e-9;
tan_p=6e-12;
beta =5e-5;
delta=0.692;
eta =0.0001;
fm =8e6;
Ith =26e-3;
Ib =1.5*Ith;
Im =0.3*Ith;

I1=Ib+Im*sin(2*pi*fm*t)+K*P2;
I2=Ib+Im*sin(2*pi*fm*t)+K*P1;

dxdt=[
(I1/Ith-N1-(N1-delta)/(1-delta)*P1)/tau_e;
((N1-delta)/(1-delta)*(1-eta*P1)*P1-P1+beta*N1)/tau_p;
(I2/Ith-N2-(N2-delta)/(1-delta)*P2)/tau_e;
((N2-delta)/(1-delta)*(1-eta*P2)*P2-P2+beta*N2)/tau_p;
];
%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%

在Matlab下面输入：
t_start=0;
t_end=2e-9;
y0=[1e-3;1e-4;0;0]; %初值
[x,y]=ode15s('ode_Miss_ghost',[0,t_end],y0);
plot(x,y);
legend('N1','P1','N2','P2');
xlabel('x');

如果对您有帮助，请记得采纳为满意答案，谢谢！祝您生活愉快！

vaela

Answer 2

龙格-库塔(Runge-Kutta)方法是一种在工程上应用广泛的高精度单步算法，用于数值求解微分方程。由于此算法精度高，采取措施对误差进行抑制，所以其实现原理也较复杂。该算法是构建在数学支持的基础之上的。对于一阶精度的拉格朗日中值定理有：
对于微分方程：y'=f(x,y)
y(i+1)=y(i)+h*K1
K1=f(xi,yi)
当用点xi处的斜率近似值K1与右端点xi+1处的斜率K2的算术平均值作为平均斜率K*的近似值，那么就会得到二阶精度的改进拉格朗日中值定理：
y(i+1)=y(i)+[h*( K1+ K2)/2]
K1=f(xi,yi)
K2=f(x(i)+h,y(i)+h*K1)
依次类推，如果在区间[xi,xi+1]内多预估几个点上的斜率值K1、K2、……Km，并用他们的加权平均数作为平均斜率K*的近似值，显然能构造出具有很高精度的高阶计算公式。经数学推导、求解，可以得出四阶龙格－库塔公式，也就是在工程中应用广泛的经典龙格－库塔算法：
y(i+1)=y(i)+h*( K1+ 2*K2 +2*K3+ K4)/6
K1=f(x(i),y(i))
K2=f(x(i)+h/2,y(i)+h*K1/2)
K3=f(x(i)+h/2,y(i)+h*K2/2)
K4=f(x(i)+h,y(i)+h*K3)
通常所说的龙格-库塔法是指四阶而言的，我们可以仿二阶、三阶的情形推导出常用的标准四阶龙格-库塔法公式

2计算公式
（1）的局部截断误差是 。
龙格-库塔法具有精度高，收敛，稳定（在一定条件下），计算过程中可以改变步长，不需要计算高阶导数等优点，但仍需计算 在一些点上的值，如四阶龙格-库塔法每计算一步需要计算四次 的值，这给实际计算带来一定的复杂性，因此，多用来计算“表头”。
二、小程序
#include<stdio.h>
#include<math.h>
#define f(x,y) (-1*(x)*(y)*(y))
void main(void)
{
double a,b,x0,y0,k1,k2,k3,k4,h;
int n,i;
printf("input a,b,x0,y0,n:");
scanf("%lf%lf%lf%lf%d",&a,&b,&x0,&y0,&n);
printf("x0\ty0\tk1\tk2\tk3\tk4\n");
for(h=(b-a)/n,i=0;i!=n;i++)
{
k1=f(x0,y0);
k2=f(x0+h/2,y0+k1*h/2);
k3=f(x0+h/2,y0+k2*h/2);
k4=f(x0+h,y0+h*k3);
printf("%lf\t%lf\t",x0,y0);
printf("%lf\t%lf\t",k1,k2);
printf("%lf\t%lf\n",k3,k4);
y0+=h*(k1+2*k2+2*k3+k4)/6;
x0+=h;
}
printf("xn=%lf\tyn=%lf\n",x0,y0);
}
运行结果：
input a,b,x0,y0,n:0 5 0 2 20
x0 y0 k1 k2 k3 k4
0.000000 2.000000 -0.000000 -0.500000 -0.469238
-0.886131
0.250000 1.882308 -0.885771 -1.176945 -1.129082
-1.280060
0.500000 1.599896 -1.279834 -1.295851 -1.292250
-1.222728
0.750000 1.279948 -1.228700 -1.110102 -1.139515
-0.990162
1.000000 1.000027 -1.000054 -0.861368 -0.895837
-0.752852
1.250000 0.780556 -0.761584 -0.645858 -0.673410
-0.562189
1.500000 0.615459 -0.568185 -0.481668 -0.500993
-0.420537
1.750000 0.492374 -0.424257 -0.361915 -0.374868
-0.317855
2.000000 0.400054 -0.320087 -0.275466 -0.284067
-0.243598
2.250000 0.329940 -0.244935 -0.212786 -0.218538
-0.189482
2.500000 0.275895 -0.190295 -0.166841 -0.170744
-0.149563
2.750000 0.233602 -0.150068 -0.132704 -0.135399
-0.119703
3.000000 0.200020 -0.120024 -0.106973 -0.108868
-0.097048
3.250000 0.172989 -0.097256 -0.087300 -0.088657
-0.079618
3.500000 0.150956 -0.079757 -0.072054 -0.073042
-0.066030
3.750000 0.132790 -0.066124 -0.060087 -0.060818
-0.055305
4.000000 0.117655 -0.055371 -0.050580 -0.051129
-0.046743
4.250000 0.104924 -0.046789 -0.042945 -0.043363
-0.039833
4.500000 0.094123 -0.039866 -0.036750 -0.037072
-0.034202
4.750000 0.084885 -0.034226 -0.031675 -0.031926
-0.029571
xn=5.000000 yn=0.076927