npm 包 ode-rk4 使用教程

简介

ode-rk4 是一种数值求解常微分方程组的方法,适用于非刚性问题。该算法也是一种多步法,基于泰勒级数展开,具有高阶精度和稳定性。

npm 包 ode-rk4 将 ode-rk4 算法封装成了一个方便的 JavaScript 库,可以轻松地在前端项目中使用。本文将介绍 ode-rk4 的使用方法和示例。

安装

通过 npm 安装命令可以安装 ode-rk4:

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安装完成后,在 JavaScript 文件中引入该库:

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使用

  1. 创建 OdeRk4 的实例:

OdeRk4 需要一个求解器函数作为参数。求解器函数接受一个数组参数 y,返回一个数组,表示该微分方程组的导数。假设要求解的微分方程组为:

----- - ---- --

则求解器函数的形式如下:

--- - - -------- --- -- -
  --- ---- - -
    -- -- --- --- --- -----
  --
  ------ -----
--

创建 OdeRk4 的实例:

--- --- - --- --------- ---- --- -- --- -----

其中,f 为求解器函数,[y1, y2, ...] 为需要求解的 y 值的初始值数组。

  1. 求解微分方程组:

使用 OdeRk4 的 solve 方法可以求解微分方程组,并返回一个二维数组,表示在时间区间 [t0, t1] 内,该微分方程组的解:

--- -------- - ------------- --- ---

其中,t0 和 t1 分别为时间区间的起始时间和终止时间,h 为时间步长。

  1. 输出结果:

OdeRk4 的 solve 方法返回的二维数组的第 i 行表示在时间 t_i 处微分方程组的解。使用如下代码可以输出结果:

--- ---- - - -- - - ---------------- ---- -
  -------------- - --- - --- -----------------
-

示例

假设要求解以下微分方程组:

------ - --
------ - --- - --

该微分方程组对应的求解器函数为:

--- - - -------- --- -- -
  --- ---- - -
    -----
    ----- - -----
  --

  ------ -----
--

假设初始值为 y(0) = [1, 0],时间区间为 [0, 10],时间步长为 0.01,使用 ode-rk4 可以得到如下结果:

----- ------ - -------------------

--- - - -------- --- -- -
  --- ---- - -
    -----
    ----- - -----
  --

  ------ -----
--

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--- -------- - ------------ --- ------

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  -------------- - --- - ------ ------------------- ---------------------
-

该代码输出结果为:

- - -- --- --
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- - ----- -------- --------------------
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- - ----- ---------- ---------------------
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