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¿Cómo puedo elegir el mejor algoritmo para integrar ODE ' s numéricamente?

He estudiado en un curso de varios algoritmos de integrar la educación a distancia numérica: método de Runge-Kutta, Predictor-Corrector de métodos, Taylor...

Sin embargo, el maestro no pudo demostrar que es el mejor para cada situación en particular. Lo único que sé es que implícita métodos son apropiados para la rigidez de los sistemas. Pero ¿cómo se comparan los métodos de Runge-Kutta (de cualquier orden) con predictor-corrector de métodos o con Taylor método? Cual es el mejor para cada situación?

Heurística de respuestas basadas en la experiencia puede ser bastante bueno!

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Jason Sharer Puntos 6

Hay muchos factores a tener en cuenta a la hora de elegir un integrador numérico. En general, existen dos tipos de metas para este tipo de soluciones:

  1. Obtener una solución lo suficientemente pequeño error en una lo suficientemente corto de tiempo (o con escasa disposición de recursos computacionales).
  2. Asegúrese de que la solución satisface importante cualitativo restricciones. Estos pueden incluir cosas como la positividad (por la densidad de las energías, y tal) (conservación de masa, momento, energía, u otros físicamente conservado cantidades) dissipativity o contractivity.

Es muy difícil dar recomendaciones generales, pero aquí hay algunas bastante bien-de acuerdo-a sugerencias:

  • Es necesaria una mayor precisión, el más alto orden de métodos eficientes.
  • Al final, la rigidez depende de la relación entre la precisión deseada y la constante de Lipschitz para el problema. Para la precisión baja (o la gran constante de Lipschitz), implícito métodos son más eficientes. Dependiendo del espectro de su problema, usted puede necesitar L-estabilidad, Una estabilidad, o sólo $A(0)$-estabilidad.
  • Para problemas donde la conservación es importante: cualquier método es conservador, hasta errores de discretización. Si usted necesita de conservación dentro de redondeo de error, utilice un simpléctica método.
  • Si dissipativity o contractivity en el centro de la norma de producto es importante, el uso de un B-método estable. Si usted necesita una de estas propiedades con respecto a una norma que no es inducida por un producto interior (por ejemplo, $L_1$ o $L_\infty$), la fuerte estabilidad de la preservación (contractura), los métodos pueden ser útiles.
  • Si la memoria es el factor limitante y se necesita una alta precisión (de manera que usted desea usar un método de orden), luego bajo de almacenamiento de Runge-Kutta puede ser útil.

Para muchos problemas, las limitaciones anteriores pueden indicar que razonable de las opciones que existen dentro de la clase de métodos de Runge-Kutta o lineales métodos de varios pasos. En ese momento, la diferencia se convierte en una ingeniería pregunta y puede depender de los detalles de implementación. Usted puede encontrar comparaciones útiles entre los dos, por ejemplo, en los libros de Hairer & Wanner.

Siempre hay excepciones, pero...si usted tiene un pequeño de no-rígido sistema (la definición de pequeñas depende de tu equipo y si el Jacobiano es denso o disperso), entonces por lo general cualquier explícita integrador de orden mayor que uno va a hacer. Si usted tiene una pequeña rigidez en el sistema, por lo general cualquier garantía implícita integrador de orden mayor que uno va a hacer. Usted sólo necesita el sudor que si usted tiene un gran sistema (viniendo de un PDE o problema de los tres cuerpos) o su Odas tienen algunas características peculiares.

Taylor métodos son a menudo razonable para aplicar para una fácil problemas, pero no hay ninguna razón de peso para hacerlo. Por duro (es decir, grandes) problemas, Taylor métodos pueden ser difíciles o imposibles de implementar, aunque automático de diferenciación puede eventualmente cambiar eso.

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