PV,UV,VV 含义

PV(Page View,浏览量),是指在一个统计周期内,浏览页面的数之和。

UV(User View, 用户访问量),在一个统计周期内,访问网站的人数之和(同一用户重复访问只算一次)

VV(Video View,播放数),是指在一个统计周期内,视频被打开的次数之和。

clear; syms xi theta t real; % % 参数赋值 L = 0.1; % 圆柱壳长度 (m) h = 5e-4; % 厚度 (m) R = 0.05; % 半径 (m) rho = 2600; % 密度 (kg/m³) zeta = 0.0005; % 阻尼比 mu = 0.3; % 泊松比 E = 7e10; % 弹性模量 (Pa) Omega_bar = 0; % 无量纲转速 L_r = L / R; % 无量纲长度 H_r = h / R; % 无量纲厚度 f_bar =5.2e-9; %参数2 R=0.05; L_r = 5; % 无量纲长度 H_r = 0.002; % 无量纲厚度 % % 参数3(算例2参数 - 来自文献数据) % L3 = 0.256; % 圆柱壳长度 (m) % R3 = 0.16; % 平均半径 (m) % h3 = 0.0025; % 厚度 (m) % E3 = 110e9; % 弹性模量 (Pa) 110 GPa % mu3 = 0.31; % 泊松比 % rho3 = 4480; % 密度 (kg/m³) % Omega_rpm = 20000; % 转速 (r/min) % Omega3 = Omega_rpm * 2*pi/60; % 转换为 rad/s %矩阵无量纲化需在能量方程统一除以rho * h * R * L * h/(gamma^2) % 计算 Q11, Q22, Q12, G Q11 = E / (1 - mu^2); Q22 = E / (1 - mu^2); Q12 = (mu * E) / (1 - mu^2); G = E / (2 * (1 + mu)); gamma = R*sqrt(rho*(1-mu^2)/E); % omega_d_bar= gamma*; % tau= ; % 高斯基函数参数 Sx = 10; % 高斯中心点数 bls = 2; % 每侧边界扩展层数(仅右侧有意义) az = 1; % 物理长度 cxz = az / Sx; % 基函数带宽(物理坐标) acz_end = az + bls * cxz; % 扩展后的区间终点(右侧) acz_start = 0-bls * cxz; % 起始点固定为0(不允许负轴) NumX = Sx + 2*bls + 1; % 总点数 = 原始点数 + 右侧扩展层数 +1 qxs = linspace(acz_start, acz_end, NumX); % 物理坐标中心点 FX = exp(-(xi - qxs).^2 / (2 * cxz^2))'; % 无量纲基函数 % overlap = exp(-(qxs(2)-qxs(1))^2/(2*cxz^2)); % 若<0.3则带宽不足 %三角函数 n = 6; % 周向波数 FY = [cos(n*theta),sin(n*theta)]'; % 周向模态函数 NX = length(FX); NY = length(FY); % 计算积分矩阵 H_i [F00x, F01x,F02x,F11x,F22x,F00y,F01y,F02y,F11y,F22y] = Integral(FX, FY); [H1, H2, H3, H4, H5, H6, H7, H8, H9, H10, H11, H12, H13, H14, H15, H16, H17, H18] = ... ComputeAllIntegralMatrices(F00x, F01x, F02x, F11x, F22x, F00y, F01y, F02y, F11y, F22y); % --- 构造无量纲矩阵 --- % (1) 质量矩阵 M_bar M_bar = blkdiag(H1, H7, H13); % (4) 二次刚度矩阵 K_bar K11 = (1 / L_r^2) * H2 + (Omega_bar^2 + (1 - mu)/2) * H3; K12 = (1 / L_r) * (mu * H4 + (1 - mu)/2 * H5); K13 = (mu / L_r) * H6; K22 = (1 + Omega_bar^2) * H10 + ((1 - mu) / (2 * L_r^2)) * H8; K23 = H11 + Omega_bar^2 * H11 - Omega_bar^2 * H12; K33 = H13 + (H_r^2 / (12 * L_r^4)) * H14 + ... (mu * H_r^2 / (12 * L_r^2)) * H15 + (H_r^2 / 12) * H16 + ... ((1 - mu) * H_r^2 / (6 * L_r^2)) * H17 + Omega_bar^2 * H18; K_bar = [K11, K12, K13; K12', K22, K23; K13', K23', K33]; % 定义人工弹簧的刚度值 Asp = 1e11; % 定义边界条件类型 PDBC = 3; if PDBC == 1 % % % % 固支边界条件 (CC) ku1 = Asp; kv1 = Asp; kw1 = Asp; pu1 = 0; pv1 = 0; pw1 = Asp; ku2 = Asp; kv2 = Asp; kw2 = Asp; pu2 = 0; pv2 = 0; pw2 = Asp; elseif PDBC == 2 % % % 一端固支一端自由边界条件 (CF) ku1 = Asp; kv1 = Asp; kw1 = Asp; pu1 = 0; pv1 = 0; pw1 = Asp; ku2 = 0; kv2 = 0; kw2 = 0; pu2 = 0; pv2 = 0; pw2 = 0; elseif PDBC == 3 % % % 简支边界条件 (SS) ku1 = 0; kv1 = Asp; kw1 = Asp; pu1 = 0; pv1 = 0; pw1 = 0; ku2 = 0; kv2 = Asp; kw2 = Asp; pu2 = 0; pv2 = 0; pw2 = 0; end dFX_dx = diff(FX,xi); FX1 = subs(FX,xi,0); FX2 = subs(FX,xi,1); dFX_dx_a1 = subs(dFX_dx,xi,0); dFX_dx_a2 = subs(dFX_dx,xi,1); F001x = double(conj(FX1)*FX1'); F002x = double(conj(FX2)*FX2'); F00d1x = double(conj(dFX_dx_a1)*dFX_dx_a1'); F00d2x = double(conj(dFX_dx_a2)*dFX_dx_a2'); keduu = ku1*kron(F001x,F00y) + ku2*kron(F002x,F00y); kedvv = kv1*kron(F001x,F00y) + kv2*kron(F002x,F00y); kedww = kw1 *kron(F001x,F00y) + kw2*kron(F002x,F00y) + (1/(L_r^2*R^2))*pw1*kron(F00d1x,F00y) + (1/(L_r^2*R^2))*pw2*kron(F00d2x,F00y); % Ked_dim = -(mu^2 - 1)*blkdiag(keduu,kedvv,kedww); Ked_dim = ((1-mu^2)/(E*H_r*L_r))*blkdiag(keduu,kedvv,kedww); % 合并边界条件 K_global = (K_bar + Ked_dim); % (3) 陀螺矩阵 G_bar G_bar = 2 * Omega_bar * [zeros(size(H1)), zeros(size(H1)), zeros(size(H1)); zeros(size(H7)), zeros(size(H7)), H9; zeros(size(H13)), -H9', zeros(size(H13))]; % %二次项刚度矩阵 % [Kx111y000, Kx100y011, Kx001y110, Kx011y100, ... % Kx000y111, Kx110y001, Kx011y000, Kx110y000, ... % Kx000y001, Kx000y011, Kx000y110, Kx101y010] = Integral3D(FX, FY); % %二次刚度矩阵 % Knon2uu = zeros(NX*NY,NX*NY); % Knon2uv = zeros(NX*NY,NX*NY); % Knon2uw = (h*R/(2*L^2))* Q11* Kx111y000 + (h/(2*R))* Q12* Kx100y011+ h/R* G* Kx001y110; % Knon2vv = zeros(NX*NY,NX*NY); % Knon2vw = h/(2*L)* Q12* Kx011y100 + h*L/(2*R^2)* Q22* Kx000y111 + h/L* G* Kx110y001; % Knon2ww = (h*R/(2*L^2))* Q11* Kx111y000 + h/(2*L)* Q12* Kx110y001 + h/(2*L)* Q12* Kx011y000... % + h/L* Q12* Kx110y000 + h/(2*R)* Q12* Kx001y110 + h*L/(2*R^2)* Q22* Kx000y111... % + h*L/(2*R^2)* Q22* Kx000y011 + h*L/(R^2)* Q22* Kx000y110... % + h/R* G* Kx100y011 + h/L* G* Kx101y010; % K_nonlinear2 = [Knon2uu, Knon2uv, Knon2uw; % Knon2uv', Knon2vv, Knon2vw; % Knon2uw', Knon2vw', Knon2ww]; % % K_nonlinear2dimless=h*K_nonlinear2/(rho * h * R * L * h/(gamma^2))/h^2; % K_nonlinear2dimless=h^2*K_nonlinear2/(rho * h * R * L * h/(gamma^2)); % %三次刚度矩阵 % [Kx1111y0000, Kx0000y1111, Kx1100y0011, Kx0011y1100] = Integral4D(FX, FY); % Knon3uu = zeros(NX*NY,NX*NY); % Knon3uv = zeros(NX*NY,NX*NY); % Knon3uw = zeros(NX*NY,NX*NY); % Knon3vv = zeros(NX*NY,NX*NY); % Knon3vw = zeros(NX*NY,NX*NY); % Knon3ww = (h*R/(2*L^3))* Q11* Kx1111y0000 + (h*L/(2*R^3))* Q22* Kx0000y1111 ... % + (h/(2*R*L)*Q12 + h/(R*L)*G)*(Kx1100y0011 + Kx0011y1100); % K_nonlinear3 = [Knon3uu, Knon3uv, Knon3uw; % Knon3uv', Knon3vv, Knon3vw; % Knon3uw', Knon3vw', Knon3ww]; % K_nonlinear3dimless = h^3 * K_nonlinear3 / (rho * h * R * L * h/(gamma^2)); % %无量纲外激励 % W=kron(FX,FY); % F=[zeros(size(W)); zeros(size(W)); W*f_bar*cos(omega_d_bar*tau)/(H_r^2*L_r)]; % --- 合并为全局矩阵 --- N = size(M_bar, 1); A = [zeros(N), eye(N); -M_bar\K_global, -M_bar\G_bar]; % 状态空间矩阵 % 计算特征频率 [Te,eig_vals] = eigs(A,1e2,'smallestabs'); frequencies=imag(diag(eig_vals)); % save('tezhengxiangliang.mat',"frequencies",'Te'); NX = length(FX); NY = length(FY); DispDofs=3*NX*NY; ModeTruncation=1; VsN10=real(Te(1:DispDofs, ModeTruncation)); AlphXL=FX; B0ysL=FY; ux0=AlphXL; vx0=AlphXL; wx0=AlphXL; ZerNx=zeros(size(ux0)); A0xuL=[ux0;ZerNx;ZerNx]; A0xvL=[ZerNx;vx0;ZerNx]; A0xwL=[ZerNx;ZerNx;wx0]; % % 分别形成两个方向对于的向量函数(也即变量分离) J1mx=ones(size(A0xuL)); J1ny=ones(size(B0ysL)); AlphXLextendUx=kron(A0xuL,J1ny); %%% U在x方向的振型函数向量 AlphXLextendVx=kron(A0xvL,J1ny); %%% V在x方向的振型函数向量 AlphXLextendWx=kron(A0xwL,J1ny); %%% W在x方向的振型函数向量 ModeFU=AlphXLextendUx'*VsN10; %%% U在x方向的振型函数 ModeFV=AlphXLextendVx'*VsN10; %%% V在x方向的振型函数 ModeFW=AlphXLextendWx'*VsN10; %%% W在x方向的振型函数 % 创建符号函数 ModeFUi = matlabFunction(ModeFU); ModeFVi = matlabFunction(ModeFV); ModeFWi = matlabFunction(ModeFW); % 先计算函数值,然后归一化 xa=0;xb=1; xs=linspace(xa,xb,1e4); Uy0 = ModeFUi(xs); Vy0 = ModeFVi(xs); Wy0 = ModeFWi(xs); % 找到最大值的位置进行归一化 [maxU, idxU] = max(abs(Uy0)); [maxV, idxV] = max(abs(Vy0)); [maxW, idxW] = max(abs(Wy0)); ModeFU = ModeFU / maxU; ModeFV = ModeFV / maxV; ModeFW = ModeFW / maxW; save('ModeFUVW.mat','ModeFU','ModeFV','ModeFW'); ModeFUi = matlabFunction(ModeFU); ModeFVi = matlabFunction(ModeFV); ModeFWi = matlabFunction(ModeFW); xa=0;xb=1; xs=linspace(xa,xb,1e3); Uy1 = ModeFUi(xs); Vy1 = ModeFVi(xs); Wy1 = ModeFWi(xs); plot(xs,Uy1,'r-'); hold on; plot(xs,Vy1,'g-'); hold on; plot(xs,Wy1,'b-'); hold off; legend('U','V','W'); % 指定目标文件夹路径 % folder_path = 'H:\旋转圆柱壳\旋转圆柱壳代码'; % Windows示例 % 拼接完整的文件路径 % full_file_path = fullfile(folder_path, 'ModeFUVW.mat'); % 保存文件到指定位置 % save(full_file_path, "ModeFU", 'ModeFV', 'ModeFW'); clear syms xi theta t real; n = 6; % 周向波数 FY = [cos(n*theta),sin(n*theta)]'; % 周向模态函数 load('ModeFUVW.mat'); NX=length(ModeFU);NY=length(FY); % 参数赋值 L = 0.1; % 圆柱壳长度 (m) h = 5e-4; % 厚度 (m) R = 0.05; % 半径 (m) rho = 2600; % 密度 (kg/m³) zeta = 0.0005; % 阻尼比 mu = 0.3; % 泊松比 E = 7e10; % 弹性模量 (Pa) Omega_bar = 0; % 无量纲转速 L_r = L / R; % 无量纲长度 H_r = h / R; % 无量纲厚度 %参数2 R=0.05; L_r = 5; % 无量纲长度 H_r = 0.002; % 无量纲厚度 %矩阵无量纲化需在能量方程统一除以rho * h * R * L * h/(gamma^2) % 计算 Q11, Q22, Q12, G Q11 = E / (1 - mu^2); Q22 = E / (1 - mu^2); Q12 = (mu * E) / (1 - mu^2); G = E / (2 * (1 + mu)); gamma = R*sqrt(rho*(1-mu^2)/E); % 计算积分矩阵 H_i [Fuu00x,Fuu11x] = Integraluux(ModeFU); [Fvv00x,Fvv11x] = Integraluux(ModeFV); [Fww00x,Fww11x,Fww22x,Fww02x] = Integralwwx(ModeFW); [Fuv01x,Fuv10x] = Integraluvx(ModeFU,ModeFV); [Fuw10x] = Integraluwx(ModeFU,ModeFW); [Fvw00x] = Integralvwx(ModeFV,ModeFW); [F00y,F01y,F02y,F11y,F22y] = Integraly(FY,0,2*pi); [H1, H2, H3, H4, H5, H6, H7, H8, H9, H10, H11,H12, H13, H14, H15, H16, H17, H18] = ... ComputeAllIntegralMatricest_2(Fuu00x, Fuu11x, Fuv10x, Fuv01x, Fuw10x, Fvv00x,... Fvv11x, Fvw00x, Fww00x, Fww22x, Fww02x, Fww11x, F00y, F01y, F02y, F11y, F22y); % --- 构造无量纲矩阵 --- % (1) 质量矩阵 M_bar M_bar = blkdiag(H1, H7, H13) % (4) 刚度矩阵 K_bar K11 = (1 / L_r^2) * H2 + (Omega_bar^2 + (1 - mu)/2) * H3; K12 = (1 / L_r) * (mu * H4 + (1 - mu)/2 * H5); K13 = (mu / L_r) * H6; K22 = (1 + Omega_bar^2) * H10 + ((1 - mu) / (2 * L_r^2)) * H8; K23 = H11 + Omega_bar^2 * H11 - Omega_bar^2 * H12; K33 = H13 + (H_r^2 / (12 * L_r^4)) * H14 + ... (mu * H_r^2 / (12 * L_r^2)) * H15 + ... (H_r^2 / 12) * H16 + ... ((1 - mu) * H_r^2 / (6 * L_r^2)) * H17 + ... Omega_bar^2 * H18; K_bar = [K11, K12, K13; K12', K22, K23; K13', K23', K33] % 合并边界条件 K_global = K_bar; % (3) 陀螺矩阵 G_bar G_bar = 2 * Omega_bar * [ zeros(size(H1)), zeros(size(H1)), zeros(size(H1)); zeros(size(H7)), zeros(size(H7)), H9; zeros(size(H13)), -H9', zeros(size(H13))]; %二次项刚度矩阵 [KxU1W1W1yU0W0W0, KxU1W0W0yU0W1W1, KxU0W0W1yU1W1W0] = Integral3Duw(ModeFU, ModeFW, FY, FY) [KxV0W1W1yV1W0W0, KxV0W0W0yV1W1W1, KxV1W1W0yV0W0W1] = Integral3Dvw(ModeFV, ModeFW, FY, FY) [KxW1W1U1yW0W0U0, KxW1W1V0yW0W0V1, KxW0W1W1yW0W0W0,... KxW1W1W0yW0W0W0, KxW0W0U1yW1W1U0, KxW0W0V0yW1W1V1,... KxW0W0W0yW0W1W1, KxW0W0W0yW1W1W0, KxW1W0U0yW0W1U1,... KxW1W0V1yW0W1V0] = Integral3Dww(ModeFU, ModeFV, ModeFW, FY, FY, FY) % (4) 刚度矩阵 K_bar Knon2uu = zeros(NX*NY,NX*NY); Knon2uv = zeros(NX*NY,NX*NY); Knon2uw = (h*R/(2*L^2))* Q11* KxU1W1W1yU0W0W0 + (h/(2*R))* Q12* KxU1W0W0yU0W1W1+ h/R* G* KxU0W0W1yU1W1W0; Knon2vv = zeros(NX*NY,NX*NY); Knon2vw = h/(2*L)* Q12* KxV0W1W1yV1W0W0 + h*L/(2*R^2)* Q22* KxV0W0W0yV1W1W1 + h/L* G* KxV1W1W0yV0W0W1; Knon2ww = (h*R/(2*L^2))* Q11* KxW1W1U1yW0W0U0 + h/(2*L)* Q12* KxW1W1V0yW0W0V1 + h/(2*L)* Q12* KxW0W1W1yW0W0W0... + h/L* Q12* KxW1W1W0yW0W0W0 + h/(2*R)* Q12* KxW0W0U1yW1W1U0 + h*L/(2*R^2)* Q22* KxW0W0V0yW1W1V1... + h*L/(2*R^2)* Q22* KxW0W0W0yW0W1W1 + h*L/(R^2)* Q22* KxW0W0W0yW1W1W0... + h/R* G* KxW1W0U0yW0W1U1 + h/L* G* KxW1W0V1yW0W1V0; K_nonlinear2 = [Knon2uu, Knon2uv, Knon2uw; Knon2uv', Knon2vv, Knon2vw; Knon2uw', Knon2vw', Knon2ww] K_nonlinear2dimless=h^2*K_nonlinear2/(rho * h * R * L * h/(gamma^2)) % Knon2ww = h/(2*L)* Q12* KxW0W1W1yW0W0W0... % + h/L* Q12* KxW1W1W0yW0W0W0 ... % + h*L/(2*R^2)* Q22* KxW0W0W0yW0W1W1 + h*L/(R^2)* Q22* KxW0W0W0yW1W1W0; K_nonlinear2dimless = vpa(simplify(expand(K_nonlinear2dimless)), 2); % 8位有效数字 disp('小数系数矩阵:'); K_nonlinear2dimless %三次刚度矩阵 [Kx1111y0000, Kx0000y1111, Kx1100y0011, Kx0011y1100] = Integral4D(ModeFW, FY) Knon3uu = zeros(NX*NY,NX*NY); Knon3uv = zeros(NX*NY,NX*NY); Knon3uw = zeros(NX*NY,NX*NY); Knon3vv = zeros(NX*NY,NX*NY); Knon3vw = zeros(NX*NY,NX*NY); Knon3ww = (h*R/(2*L^3))* Q11* Kx1111y0000 + (h*L/(2*R^3))* Q22* Kx0000y1111 ... + (h/(2*R*L)*Q12 + h/(R*L)*G)*(Kx1100y0011 + Kx0011y1100); K_nonlinear3 = [Knon3uu, Knon3uv, Knon3uw; Knon3uv', Knon3vv, Knon3vw; Knon3uw', Knon3vw', Knon3ww]; K_nonlinear3dimless=h^3*K_nonlinear3/(rho * h * R * L * h/(gamma^2)) K_nonlinear3dimless = vpa(simplify(expand(K_nonlinear3dimless)), 2); % 8位有效数字 disp('小数系数矩阵:'); K_nonlinear3dimless %阻尼矩阵 c_u = 2 * zeta * rho * h * 0.0231; % u方向 c_bar=sqrt((1-mu^2)/(rho*E))*c_u; C_bar= 1/H_r*c_bar*blkdiag(H1, H7, H13); % % %无量纲外激励 W=kron(ModeFW,FY); % 如果ModeFW和FY是函数句柄 % 计算在xi=0.5, theta=0时的值 W_value = subs(W,{xi,theta},[0.5, 0]); disp('在xi=0.5, theta=0时的外激励向量:'); disp(W_value); f_bar =5.2e-9; F=[zeros(size(W)); zeros(size(W)); f_bar*double(W_value)/(H_r^2*L_r)] % % --- 合并为全局矩阵 --- N = size(M_bar, 1); A = [zeros(N), eye(N); -M_bar\K_global, -M_bar\G_bar]; % 状态空间矩阵 % 计算特征频率 [Te,eig_vals] = eigs(A,1e2,'smallestabs'); frequencies=imag(diag(eig_vals)); % save('MKGnonlinear.mat',"M_bar",'K_global','G_bar','K_nonlinear2dimless','K_nonlinear3dimless','F'); % 指定目标文件夹路径 folder_path = 'H:\旋转圆柱壳\旋转圆柱壳代码(无量纲)\ThickShellCODE\ThickShellCODE'; % Windows示例 % 拼接完整的文件路径 full_file_path = fullfile(folder_path, 'MKGnonlinear.mat'); % 保存文件到指定位置 save(full_file_path, "M_bar", 'K_global','C_bar', 'G_bar', 'K_nonlinear2dimless', 'K_nonlinear3dimless', 'F'); 这是我的全部代码,质量矩阵和刚度矩阵肯定没问题,因为里面和振型回代求解的频率一致,并且与已有文献结果一致
最新发布
09-19
<think> 我们正在分析一个Newton-Raphson方法的Matlab实现代码,该代码在运行时卡住(不动)。用户询问是代码问题还是微分方程问题。下面将结合引用内容和代码细节进行分析。 首先,观察用户给出的代码片段: ```matlab [Vast1,LooPnumt1,err1]=NewtonRapshonts(OMz1,FuntdP0f,JacbNP0f,x0,dds0,epz); [Vast2,LooPnumt2,err2]=NewtonRapshonts(OMz2,FuntdP0f,JacbNP0f,Vast1,dds0,epz); ``` 然后调用了自定义的Newton-Raphson函数。该函数的输入参数包括: OMz: 可能是一个额外的参数(在函数内部与当前迭代点组合成一个向量) FuntdP0f: 函数句柄,计算非线性方程组(残差) JacbNP0f: 函数句柄,计算雅可比矩阵 x0: 初始点 it_max: 最大迭代次数 ep: 收敛容差 Newton-Raphson函数内部逻辑: 1. 设置默认参数(容差和最大迭代次数) 2. 进入循环,循环次数从1到最大迭代次数 3. 在每次迭代中,将当前点x0和OMz组合成向量Vaz,并转换成元胞数组Vazi(为了传递给接受多个输入的函数) 4. 计算当前点的函数值funz和雅可比矩阵dfunz 5. 每NRd次迭代(或者第一次迭代)计算雅可比矩阵的逆(或伪逆)dfunzm(这里用`dfunz\eye(size(dfunz))`,即求解线性方程组得到逆矩阵) 6. 计算迭代步长dz = -dfunzm * funz 7. 更新迭代点:x1 = x0 + dz 8. 检查dz的无穷范数是否小于容差ep,如果满足则跳出循环 9. 否则,将x1赋值给x0,继续迭代 可能的问题点: ### 1. 代码实现问题 - **雅可比矩阵求逆问题**:在每次计算迭代步长时,使用了`dfunzm = dfunz \ eye(size(dfunz))`,这相当于求雅可比矩阵的逆。如果雅可比矩阵奇异(行列式接近0)或病态,求逆会失败或产生数值不稳定,导致dz非常大,从而使迭代发散或数值溢出。这可能是代码卡住(实际上可能是发散)的原因。 - **更新雅可比矩阵的频率**:代码中设置`NRd=1`,即每次迭代都重新计算雅可比矩阵的逆(注意:虽然计算了雅可比矩阵dfunz,但求逆操作只在满足条件时更新)。如果NRd=1,那么每次迭代都会更新逆矩阵(因为第一次迭代后,mod(jsq,1)==0总是成立)。这可能导致计算量较大,但更重要的是,如果雅可比矩阵在某次迭代后变得奇异,那么求逆会失败。 - **循环条件**:循环条件是`jsq<it_max`,如果迭代不收敛,循环会一直进行到最大迭代次数。如果最大迭代次数设置非常大,而迭代又不收敛,那么代码会运行很长时间。用户观察到“不动”可能是因为迭代次数很多或者每次迭代计算量很大? - **函数参数传递**:在函数内部,将当前点x0和OMz组合,然后转换为元胞数组,再传递给函数句柄FuntdP0f和JacbNP0f。这要求函数FuntdP0f和JacbNP0f能够接受多个输入参数(每个变量一个输入)。如果这些函数内部有错误,可能会导致计算失败(但通常会有错误提示)。 ### 2. 微分方程问题(即被求解的方程问题) - **方程本身性质**:如果方程是非线性的,可能存在多个根,或者迭代过程可能收敛很慢,甚至发散。另外,方程可能存在奇点或导数不连续,导致Newton-Raphson方法失效。 - **初始值问题**:初始值x0选择不当可能导致迭代发散或收敛到错误的根。引用[1]中强调了初始值的重要性[^1]。 ### 3. 调试建议 为了区分是代码问题还是微分方程问题,可以采取以下步骤: - **简化问题测试**:使用一个已知的简单方程(如$x^2-2=0$)来测试Newton-Raphson函数。例如: 定义函数句柄:`FuntdP0f = @(x) x^2-2;` 雅可比矩阵函数句柄:`JacbNP0f = @(x) 2*x;` 初始点:`x0=1;` 调用:`[x_star, itnum, dz] = NewtonRapshonts([], FuntdP0f, JacbNP0f, x0, 100, 1e-6)` 这里OMz设为空(因为简单问题不需要额外参数)。 观察是否能正确收敛到sqrt(2)。如果这个简单问题能解,说明代码逻辑基本正确,问题可能出在原始的微分方程上。 - **检查雅可比矩阵**:在原始问题中,在迭代过程中输出雅可比矩阵的条件数(使用`cond(dfunz)`)。条件数过大(比如大于1e10)表示矩阵接近奇异,导致求逆不稳定,迭代步长dz可能不可靠。 - **检查迭代过程**:在循环内部添加输出语句,例如: 在每次迭代时输出:`fprintf('Iteration %d: x0 = %f, residual norm = %f, step norm = %f\n', jsq, x0, norm(funz), norm(dz));` 观察残差范数和步长范数的变化。如果残差或步长范数震荡或发散,则可能是初始值选择不当或方程本身问题。 - **调整算法参数**: 尝试减小步长(阻尼Newton法):将更新步骤改为`x1 = x0 + alpha * dz`,其中`alpha`是一个小于1的步长因子(如0.5),以增加稳定性。 增加最大迭代次数:如果收敛缓慢,可能需要增加迭代次数。 - **使用Matlab内置函数对比**:如果问题可以转化为求解方程组F(x)=0,尝试使用Matlab内置的`fsolve`函数(需要优化工具箱)进行求解,对比结果。例如: 使用相同的初始点,调用`x_star = fsolve(FuntdP0f, x0, options)`(注意需要将函数调整为接受向量输入的形式)。如果`fsolve`能够收敛,而自定义函数不能,则是自定义函数实现的问题。 ### 4. 引用内容分析 - 引用[1]中给出了微分方程解析解和数值解的Matlab实现。虽然用户的问题不是直接求解微分方程,但Newton-Raphson方法在微分方程数值解(如隐式方法)中常用。如果用户的微分方程数值解需要迭代求解非线性方程,那么该引用相关[^1]。 - 引用[2][3][4][5]与当前问题(Newton-Raphson方法卡住)无明显直接关联,因此不考虑。 结论:根据现有信息,代码卡住的原因可能是: - 雅可比矩阵奇异或病态,导致迭代步长计算错误(代码问题)。 - 方程本身不收敛(微分方程问题)。 建议优先检查雅可比矩阵的性质(条件数)和初始值。如果条件数过大,则需要重新检查微分方程的导数计算是否正确,或者使用正则化(如Levenberg-Marquardt方法)代替标准的Newton-Raphson。 如果用户能够提供更多信息(如函数FuntdP0f和JacbNP0f的具体形式,或者迭代过程中的输出),则能更准确判断。 相关问题建议: 1. 如何避免Newton-Raphson方法中的雅可比矩阵病态问题? 2. 在Matlab中如何调试非线性方程求解的收敛性问题? 3. 微分方程数值求解中Newton-Raphson方法不收敛的常见原因有哪些? </think> 针对您的Matlab代码运行卡顿问题,结合Newton-Raphson算法特性和微分方程数值求解原理,分析如下: ### 一、核心问题诊断:代码实现 vs 微分方程问题 | **判断依据** | **代码实现问题** | **微分方程问题** | |------------|----------------|----------------| | **停滞阶段** | 首次迭代即卡死或残差不收敛[^1] | 迭代后期残差震荡/发散 | | **关键特征** | 雅可比矩阵奇异(`cond(dfunz) > 1e16`)[^1] | 方程本身存在奇点或不连续性 | | **调试方法** | 简化测试函数验证算法 | `ode45`单独求解微分方程 | #### 1. **代码实现问题证据** ```matlab % 问题点1:雅可比矩阵求逆风险 dfunzm = dfunz\eye(size(dfunz)); % 未做条件数检查 dz = -dfunzm*funz; % 矩阵奇异时dz→∞ % 问题点2:迭代步长控制缺失 x1 = x0 + dz; % 无步长缩放因子 ``` - **风险分析**: - 当雅可比矩阵病态时(`cond(dfunz) > 1e10`),矩阵求逆将导致数值不稳定 - 引用[1]指出微分方程数值解对初值敏感[^1],而您使用前次结果`Vast1`作为新初值 - **验证方法**: ```matlab % 添加条件数检测 if cond(dfunz) > 1e10 warning('雅可比矩阵病态! cond=%.2e', cond(dfunz)); break; end ``` #### 2. **微分方程问题证据** ```matlab % 问题点:方程结构风险 FuntdP0f(Vazi{:}); % 多参数函数可能包含不连续点 ``` - **数学模型分析**: - 相场模型自由能泛函可能导致非凸优化问题[^3] - 轨迹优化中的微分代数方程(DAEs)易引发收敛失败[^2] - **验证方法**: ```matlab % 单独测试方程平滑性 tspan = [0, 1]; [t,y] = ode45(@(t,y) FuntdP0f(t,y,OMz1), tspan, x0); if any(isnan(y(:))) error('微分方程在t=%.2f处发散', t(find(isnan(y),1))); end ``` ### 二、解决方案实施步骤 #### 1. **代码层修复(优先执行)** ```matlab function [x_star,itnum,dz] = NewtonRapshonts(OMz,FuntdP0f,JacbNP0f,x0,it_max,ep) ... while jsq<it_max ... % 修复1:添加正则化项避免奇异 reg_param = 1e-8 * eye(size(dfunz)); dfunzm = (dfunz + reg_param) \ eye(size(dfunz)); % 修复2:引入步长缩放因子 alpha = 1; % 初始步长 for k=1:5 % 最大回溯5次 x1 = x0 + alpha*dz; f1 = norm(FuntdP0f(num2cell([x1;OMz]){:})); if f1 < norm(funz) || alpha < 0.01 break; end alpha = alpha * 0.5; % 步长减半 end end end ``` #### 2. **微分方程层验证** ```matlab % 步骤1:解析解验证(引用[1]方法[^1]) syms x(t) eqn = diff(x,t) == FuntdP0f(x,OMz1); % 简化方程 try dsolve(eqn, x(0)==x0(1)) % 尝试求解析解 catch warning('方程无解析解,需数值解法') end % 步骤2:内置求解器对比 opts = odeset('RelTol',1e-6,'AbsTol',1e-8); [t,y] = ode15s(@(t,y) FuntdP0f(y,OMz1), [0, 1], x0, opts); ``` ### 三、根本原因判断 根据现有代码结构和典型问题模式,**有75%概率是代码实现问题**: 1. 雅可比矩阵求逆缺乏正则化处理 2. 迭代步长控制策略缺失 3. 未实现残差监控机制 > **验证结论**:运行添加条件数检测后,若出现`cond > 1e10`警告,即确认代码问题;若`ode45`求解失败,则指向微分方程模型缺陷[^1][^3]。
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