Lotka-Volterra systtem を解決するために runge-kutta メソッドを実装しようとしていますが、コード (以下) が正しく機能していません。StackOverflow の他のトピックで見つけた推奨事項に従いましたが、結果は、たとえば Pylab で利用可能な rk4 メソッドのような組み込みの Runge-Kutta メソッドでは収束しません。誰かが私を助けることができますか?
import matplotlib.pyplot as plt
import numpy as np
from pylab import *
def meurk4( f, x0, t ):
n = len( t )
x = np.array( [ x0 ] * n )
for i in range( n - 1 ):
h = t[i+1] - t[i]
k1 = h * f( x[i], t[i] )
k2 = h * f( x[i] + 0.5 * h * k1, t[i] + 0.5 * h )
k3 = h * f( x[i] + 0.5 * h * k2, t[i] + 0.5 * h )
k4 = h * f( x[i] + h * k3, t[i] + h)
x[i+1] = x[i] + ( k1 + 2 * ( k2 + k3 ) + k4 ) * 6**-1
return x
def model(state,t):
x,y = state
a = 0.8
b = 0.02
c = 0.2
d = 0.004
k = 600
return np.array([ x*(a*(1-x*k**-1)-b*y) , -y*(c - d*x) ]) # corresponds to [dx/dt, dy/dt]
# initial conditions for the system
x0 = 500
y0 = 200
# vector of time
t = np.linspace( 0, 50, 100 )
result = meurk4( model, [x0,y0], t )
print result
plt.plot(t,result)
plt.xlabel('Time')
plt.ylabel('Population Size')
plt.legend(('x (prey)','y (predator)'))
plt.title('Lotka-Volterra Model')
plt.show()
コメントに従ってコードを更新しました。したがって、関数meurk4
:
def meurk4( f, x0, t ):
n = len( t )
x = np.array( [ x0 ] * n )
for i in range( n - 1 ):
h = t[i+1] - t[i]
k1 = h * f( x[i], t[i] )
k2 = h * f( x[i] + 0.5 * h * k1, t[i] + 0.5 * h )
k3 = h * f( x[i] + 0.5 * h * k2, t[i] + 0.5 * h )
k4 = h * f( x[i] + h * k3, t[i] + h)
x[i+1] = x[i] + ( k1 + 2 * ( k2 + k3 ) + k4 ) * 6**-1
return x
になりました(修正済み):
def meurk4( f, x0, t ):
n = len( t )
x = np.array( [ x0 ] * n )
for i in range( n - 1 ):
h = t[i+1] - t[i]
k1 = f( x[i], t[i] )
k2 = f( x[i] + 0.5 * h * k1, t[i] + 0.5 * h )
k3 = f( x[i] + 0.5 * h * k2, t[i] + 0.5 * h )
k4 = f( x[i] + h * k3, t[i] + h)
x[i+1] = x[i] + ( k1 + 2 * ( k2 + k3 ) + k4 ) * (h/6)
return x
それにもかかわらず、結果は次のとおりです。
組み込みメソッド rk4 (Pylab から) の結果は次のようになります。
したがって、結果が組み込みの rk4 メソッドと同じではないため、確かに私のコードはまだ正しくありません。誰か助けてください。