49688

Визуализация численных методов

Курсовая

Информатика, кибернетика и программирование

В курсовой работе требуется написать программу на языке Visual Basic, для решения и визуализации данного дифференциального уравнения первого порядка при помощи графика. В программе я сравню эти два метода и затем попытаюсь оценить погрешность и правильность решения.

Русский

2014-01-07

1.19 MB

4 чел.

СИБИРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

ТЕЛЕКОММУИКАЦИЙ ИИНФОРМАТИКИ

Кафедра физики, прикладной математики и информатики

Курсовая по информатике

             

           На тему: «Визуализация численных методов»

      Студент: Паршуков Артем Алексеевич

Группа:  МЕ-51

      Преподаватель: Минина Елена Евгеньевна

 

Екатеринбург 2006

Оглавление

[1] Оглавление

[1.1] Постановка задачи:

[1.2] Математическая модель:

[2]
Описание используемых методов

[2.1] Метод Эйлера модифицированного

[2.2] Блок-схема описания функции:

[2.3] Исходная форма:

[2.4] Итоговая форма:

[3] Листинг программы на языке Visual Basic

[4] Вывод


Введение

В данной курсовой работе у меня состоит задача в том, чтобы решить дифференциальное уравнение  с помощью двух методов:1)Эйлер 2) Эйлер Модифицированный

В курсовой работе требуется написать программу на языке Visual Basic, для решения и визуализации данного дифференциального уравнения первого порядка при помощи графика. В программе я сравню эти два метода и затем попытаюсь оценить погрешность и  правильность решения.


Постановка задачи и математическая модель

Постановка задачи:

Дано дифференциальное уравнение и начальное условие . Требуется найти функцию , удовлетворяющую как указанному уравнению, так и начальному условию. Также получить результаты в виде таблицы, и затем их отобразить на графиках.

Математическая модель:

Дано:

 

X0=0

Xk=0.8

h=0.05

Y0=4

Найти:

Y - массив значений искомого решения в узлах сетки.


Описание используемых методов

Метод Эйлера:

Данный метод одношаговый. Табулирование функции происходит поочередно в каждой точке. Для расчета значения функции в очередном узле необходимо использовать значение функции в одном предыдущем узле.

Пусть дано дифференциальное уравнение первого порядка:


с начальным условием:              

Выберем шаг h=0.1 и введём обозначения:

и , где  =0,1,2…,

-узлы сетки,

-значение интегральной функции в узлах.

В соответствии с геометрическим смыслом задачи, прямая АВ является касательной к интегральной функции. Произведём замену точки интегральной функции точкой, лежащей на касательной АВ.

Тогда                                 (2).

Из прямоугольного треугольника АВС:                                        (3).

Приравняем правые части (1) и(3). Получим .

Отсюда

Подставим в это выражение формулу (2), а затем преобразуем его. В результате получаем формулу расчёта очередной точки интегральной функции:  (4).

Из формулы (4) видно, что для расчета каждой следующей точки интегральной функции необходимо знать значение только одной предыдущей точки. Таким образом, зная начальные условия, можно построить интегральную кривую на заданном промежутке.

Метод Эйлера модифицированного

Этот метод используется для уменьшения погрешности вычислений.

Пусть дано дифференциальное уравнение первого порядка:

с начальным условием: 

Выберем шаг h=0.1 и введём обозначения: и , где  =0,1,2…,

-узлы сетки,

-значение интегральной функции в узлах.

При использовании модифицированного метода Эйлера шаг h делится на два отрезка.

Иллюстрации к решению приведены на рисунке 4.

 

Проведем решение в несколько этапов:

1.   Обозначим точки: А(хi; уi), C(xi+h/2, yi+h/2*f(xi; yi)) и В(хi+1; yi+1).

2.   Через точку А проведем прямую под углом , где

3.   На этой прямой найдем точку C(xi+h/2, yi+h/2*f(xi; yi)).

4.   Через точку С проведем прямую под углом, где                                                                                                                                                                                                         

5.   Через точку А проведем прямую, параллельную последней прямой.

6. Найдем точку Bi+1; yi+1). Будем считать В(хi+1; yi+1) решением дифференциального уравнения при х= хi+1.                                                                                                  

7.   После проведения вычислений, аналогичных вычислениям, описанным в методе Эйлера, получим формулу для определения значения yi+1: 

Модифицированный метод Эйлера дает меньшую погрешность. На рисунке 4 это хорошо видно. Так величина  характеризует погрешность метода Эйлера, а  - погрешность метода Эйлера модифицированного.


Блок-схемы

Блок-схема описания функции:


Виды формы проекта

Исходная форма:

Итоговая форма:

Листинг программы на языке Visual Basic

Dim x(25) As Single, y1(25) As Single, y2(25) As Single, y3(25) As Single

Private x0 As Single

Private xk As Single

Function f(x, y As Single) As Single

   f = 2 * y * x / (x + 1)

End Function

Private Sub Command1_Click()

Dim k, k1, k2, k3, k4, y0, r As Single

Dim i

   x0 = Val(text1.Text)

   xk = Val(Text2.Text)

   h = Val(Text3.Text)

   y0 = Val(Text4.Text)

   e = 2.7

   n = Round((xk - x0) / h)

   c = (y0 * (x0 + 1) ^ 2) / Ee ^ (2 * x0)

   MSFlexGrid1.Rows = n + 2

   MSFlexGrid1.TextMatrix(0, 0) = "X"

   MSFlexGrid1.TextMatrix(0, 1) = "Y(Э)"

   MSFlexGrid1.TextMatrix(0, 2) = "Y(ЭМ)"

   MSFlexGrid1.TextMatrix(0, 3) = "Y(О)"

   Max = 0

   Min = y0

   y2(i) = y0

   y3(i) = y0

For i = 0 To n

   x(i) = x0 + i * h

   MSFlexGrid1.TextMatrix(i + 1, 0) = x(i)

   y1(i) = (e ^ (2 * x(i))) * c / (x(i) + 1) ^ 2

   MSFlexGrid1.TextMatrix(i + 1, 3) = Str(Round(y1(i), 4))

    y2(i + 1) = y2(i) + h * f(x(i) + h / 2, y2(i) + h / 2 * f(x(i), (y2(i))))

   MSFlexGrid1.TextMatrix(i + 1, 2) = Str(Round(y2(i), 4))

   y3(i + 1) = y3(i) + h * f(x(i), y3(i))

   MSFlexGrid1.TextMatrix(i + 1, 1) = Str(Round(y3(i), 4))

If y1(i) > Max Then Max = y1(i)

If y1(i) < Min Then Min = y1(i)

Next i

   Label5.Caption = Str(Round(Max, 4))

   Label6.Caption = Str(Round(Min, 4))

   Label7.Caption = Str(x0)

   Label8.Caption = Str(xk)

   Picture1.Cls

       kx = (Picture1.Width - 1000) / (xk - x0)

       ky = (Picture1.Height - 1050) / (Max - Min)

For i = 1 To n - 1

   z1 = Round(250 + (x(i) - x0) * kx)

   z2 = Round(5045 - (y1(i) - Min) * ky)

   z3 = Round(250 + (x(i + 1) - x0) * kx)

   z4 = Round(5045 - (y1(i + 1) - Min) * ky)

   Picture1.Line (z1, z2)-(z3, z4)

   z1 = Round(250 + (x(i) - x0) * kx)

   z2 = Round(5045 - (y3(i) - Min) * ky)

   z3 = Round(250 + (x(i + 1) - x0) * kx)

   z4 = Round(5045 - (y3(i + 1) - Min) * ky)

   Picture1.Line (z1, z2)-(z3, z4)

   z1 = Round(250 + (x(i) - x0) * kx)

   z2 = Round(5045 - (y2(i) - Min) * ky)

   z3 = Round(250 + (x(i + 1) - x0) * kx)

   z4 = Round(5045 - (y2(i + 1) - Min) * ky)

   Picture1.Line (z1, z2)-(z3, z4)

Next i

End Sub

Вывод 

В данной курсовой работе было рассмотрено два метода решения дифференциального уравнения: Эйлер и Эйлер модифицированный. Значения этих двух методов и общего решения сводится в таблицу, на основании которой строится график.

Из графика видно, что метод Эйлера имеет большую погрешность, чем метод Эйлера модифицированного. Кривая общего решения находится между двумя этими кривыми, ближе к кривой Эйлера модифицированного.


Начало

X0,Xk,Y0,h

n=(Xk-X0)/h

X(i)=Xo+i*h

C=y^2+(1-x)^2

Y3(i)

i=0..n

X(i)

Y1(i)

y1(i)=(e ^ (2 * x(i))) * c / (x(i) + 1) ^ 2

Y1(i)>MAX

MAX=Y1(i)

MIN=Y1(i)

Y1(i)<MIN

y2(i + 1)=y2(i) + h*f(x(i) + h / 2, y2(i) + h / 2 * f(x(i), (y2(i))))

Y2(i)

2

y3(i + 1) = y3(i) + h * f(x(i), y3(i))

Y2(i)

Label7

Label8

2

Label6

Z4=(y1(i+1)-MIN)*KY

Z3= (X(i+1)-X0)*KX

Z2=(y1(i)-MIN)*KY

Z1= (X(i)-X0)*KX

i=0..n-1   

KY=(Height-1050)/(MAX-MIN)

KX=(Width-1000)/(Xk-X0)

Line(Z1,Z2)-(Z3,Z4)

Z2=(y2(i)-MIN)*KY

Z1= (X(i)-X0)*KX

2

2

Z4=(y2(i+1)-MIN)*KY

Z3=(X(i+1)-X0)*KX

Line(Z1,Z2)-(Z3,Z4)

Line(Z1,Z2)-(Z3,Z4)

Z4=(y3(i+1)-MIN)*KY

Z3= (X(i+1)-X0)*KX

Z2=(y3(i)-MIN)*KY

Z1= (X(i)-X0)*KX

Конец

f=2xy/(x+1)

F(x,y)

Конец

1

3

1

3

1

3

1

3

Text3

Label4

Text4

Label2

Text2

Label3

Label1

Text1

MSFlexGrid1

EMBED Equation.DSMT4  

EMBED Equation.DSMT4  

Label5

Command1

Picture1

Min=y0, Max=0,

Y2=y0, y3=y0

EMBED Equation.DSMT4  

EMBED Equation.DSMT4  

EMBED Equation.DSMT4  


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

24125. Основной вопрос философии и классификация философских направлений 15.65 KB
  Основной вопрос философии и классификация философских направлений. Основной вопрос философии метафилософская и историкофилософская концепция в философии марксизма согласно которой основной проблемой философии на протяжении всей её истории является вопрос об отношении сознания к материи мышления к бытию духа к природе. в философии Зап. неопозитивизм РасселВинтгенштейн Карнап Шлик который отвергая возможность философии как теоретического познания мировоззренческих проблем противопоставляет науку философии сводит задачу философии к...
24126. Диалектика как учение о всеобщей связи и развитии, её основные принципы. Диалектика и метафизика. Диалектика и синергетика 16.66 KB
  Диалектика как учение о всеобщей связи и развитии её основные принципы. Диалектика и метафизика. Диалектика и синергетика. Диалектика как учение о всеобщей связи и развитии Диалектика такое понимание мира и такой способ мышления при кот.
24127. Исторические типы диалектики. Законы и категории диалектики 17.53 KB
  Диалектика это философское учение о наиболее общих закономерных связях и развитиях. Вершина диалектики учение Гегеля который выделил учение о противоречии как источник развития движения силы развития. В живой материи при процессах развития накопление информации количества переходит в совершенствование качество генетического кода универсализацию и повышение жизнеспособности. Существуют процессы как развития так и деградации переходы как качества в количество так и количества в качество.
24129. Личность и индивид. Личность и общество, проблема отчуждения 16.37 KB
  Личность и индивид. Личность и общество проблема отчуждения. От этих двух понятий необходимо отличать понятие личность. Слово личность лат.
24130. Основные понятия философской аксиологии. Этические и эстетические ценности. Ценности современного общества 14.17 KB
  Этические и эстетические ценности. Ценности современного общества. Этические ценности это прежде всего ценности взаимоотношений с другими людьми. ЭСТЕТИЧЕСКИЕ ЦЕННОСТИ это ценности образного постижения мира в процессе любой деятельности человека прежде всего в искусстве на основе законов красоты и совершенства.
24131. Проблема смысла жизни, цели жизни, счастья 15.82 KB
  Проблема смысла жизни цели жизни счастья. Вопрос о смысле жизни это очень человеческий вопрос. С незапамятных времен вопрос о смысле жизни занимал человека. Когда же речь заходит о самом человеке и его жизни то уже ставится вопрос: Зачем Различное отношение людей к вопросу о смысле жизни нашло отражение в таких воззрениях как оптимизм пессимизм и скептицизм.
24132. Проблема смерти и бессмертия. Основные концепции бессмертия 14.36 KB
  Бессмертие идея о том что очевидный закон жизни что всё живое смертно может нарушаться. Понятие бессмертие следует отличать от понятий характеризующих возможность живого организма существовать долго в зависимости от скорости метаболизма в нём или существовать дольше обычных сроков существования для подобных организмов. В понятие бессмертие входят: бессмертие души представление о том что человеческая душа живёт вечно независимо от тела. бессмертие физического тела представление о вечно живущем человеке.
24133. Культура и цивилизация. Причины духовного кризиса современной цивилизации 14.31 KB
  Культура и цивилизация. Культура и цивилизация Цивилизация это преобразованный человеком мир внеположенных ему материальных объектов а культура это внутреннее достояние самого человека оценка его духовного развития его подавленности или свободы его полной зависимости от окружающего соц. Если культура с этой точки зрения формирует совершенную личность то цивилизация формирует идеального законопослушного члена общества довольствующегося предоставленными ему благами. Цивилизация Ц это синоним культуры В социальной философии...