You are given a tetrahedron.

本文探讨了一个在四面体中蚂蚁从顶点出发,在边间移动恰好 n 步后返回初始顶点的不同路径数量计算问题,并提供了解决方法及代码实现。

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You are given a tetrahedron.

Let's mark its vertices with letters A, B, C and D correspondingly.

An ant is standing in the vertex D of the tetrahedron. The ant is quite active and he wouldn't stay idle. At each moment of time he makes a step from one vertex to another one along some edge of the tetrahedron. The ant just can't stand on one place.

You do not have to do much to solve the problem: your task is to count the number of ways in which the ant can go from the initial vertex D to itself in exactly n steps. In other words, you are asked to find out the number of different cyclic paths with the length of n from vertex D to itself. As the number can be quite large, you should print it modulo 1000000007 (109 + 7).

Input

The first line contains the only integer n (1 ≤ n ≤ 107) — the required length of the cyclic path.

Output

Print the only integer — the required number of ways modulo 1000000007 (109 + 7).

Sample Input

Input
2
Output
3
Input
4
Output
21

Hint

The required paths in the first sample are:

  • D - A - D
  • D - B - D
  • D - C -D

/***********************************************
 * Author: fisty
 * Created Time: 2015/2/8 19:24:29
 * File Name   : 6_B.cpp
 *********************************************** */
#include <iostream>
#include <cstring>
#include <deque>
#include <cmath>
#include <queue>
#include <stack>
#include <list>
#include <map>
#include <set>
#include <string>
#include <vector>
#include <cstdio>
#include <bitset>
#include <algorithm>
using namespace std;
#define MOD  1000000007
int main() {
    cin.tie(0);
    ios::sync_with_stdio(false);
    int n;
    long long  f[10000010] = {0, 0, 3, 6};
    cin >> n;
    for(int i = 4;i <= n; i++){
        f[i] = (3 * f[i-2] + 2 * f[i-1]) % MOD;
    }
    cout << f[n] << endl;
    return 0;
}


<think>我们正在处理一个有限元分析(FEA)问题,涉及零体积、小体积或负体积单元的错误(ErrElemVolSmallNegZero),特别是在四面体单元(tetrahedron)中。同时,用户提到了网格种子(meshseed)和剪切保留曲线(shearretentioncurve)错误,以及一个特定的作业Job-1的解决方案。首先,我们需要理解这些错误的含义和可能的原因:1.**零、小或负体积单元**:这通常发生在单元扭曲过度的情况下,导致单元体积计算出现问题。在显式动力学分析中,这可能导致计算终止。-原因可能包括:-网格质量差(例如,单元过于扭曲,长宽比不佳)-材料模型定义不当(例如,材料行为导致过度变形)-接触定义问题(例如,穿透导致单元被压扁)-加载速率过快或步长设置不当2.**剪切保留曲线错误**:剪切保留曲线通常用于混凝土等材料的损伤模型中,描述材料在开裂后剪切刚度的退化。如果设置不当,可能导致不稳定的材料响应。-可能的问题包括:-曲线定义不合理(例如,负值或过大的值)-与材料其他参数不匹配3.**作业Job-1中的错误**:需要具体查看错误信息,但很可能与上述两个问题相关。解决方案步骤:**1.检查网格质量**-重新检查四面体单元的网格,尤其是出现错误的区域。使用网格质量检查工具(在ABAQUS/CAE或其他前处理软件中)检查单元的扭曲度、长宽比、内角等。-对于高变形区域,考虑使用更细的网格或重新划分网格(例如,使用六面体主导网格或调整网格种子)。-确保没有初始穿透或接触设置问题。**2.调整材料模型**-检查剪切保留曲线的定义。确保曲线在0到1之间,且随着塑性应变的增加单调递减(通常)。避免出现负值或大于1的值。-验证其他材料参数(如弹性模量、泊松比、屈服准则等)是否合理。**3.调整分析步和求解器设置**-对于显式分析(Explicit),尝试减小时间步长缩放因子(如将默认的0.8减小到0.6或0.5)以增加稳定性。-检查是否使用了质量缩放(massscaling),适当的质量缩放可以帮助稳定计算,但过度使用会影响结果精度。-对于隐式分析(Standard),尝试使用更小的增量步或调整收敛控制参数。**4.接触定义**-检查接触对,确保没有初始穿透。如果有,使用*CLEARANCE或调整初始位置来消除。-适当增加接触刚度或使用软接触(softenedcontact)定义。**5.单元类型选择**-对于大变形问题,确保使用适合的单元类型(例如,在ABAQUS中,C3D10M四面体单元通常比C3D4更适合大变形)。**6.调试方法**-尝试运行一个简化的模型(例如,只取问题区域),以便快速测试调整效果。-使用ABAQUS的诊断工具(如mesh模块的verify工具)检查模型。关于剪切保留曲线的具体设置(以ABAQUS中的混凝土损伤塑性模型为例):-剪切保留曲线通常定义为开裂应变(或等效塑性应变)的函数,其值在0(完全失去剪切刚度)到1(未退化)之间。典型的设置可能是线性或指数衰减。例如,在ABAQUS中,剪切保留参数可以通过以下方式定义:```python*ConcreteDamagedPlasticity,shearretention=...```或者通过用户子程序定义更复杂的曲线。如果用户提供了具体的错误信息,我们可以进一步定位问题。由于用户提到了Job-1,建议查看作业诊断信息(.msg文件)以确定错误发生的具体位置(单元编号、分析步等)。生成相关问题:§§相关问题§§1.如何检查有限元网格的质量?2.在ABAQUS中如何定义混凝土的剪切保留曲线?3.如何调整显式动力学分析的时间步长?4.接触分析中如何避免初始穿透?5.负体积单元错误通常有哪些解决方法?6.如何解释ABAQUS的.msg文件中的错误信息?</think>### 有限元分析中零/小/负体积单元问题及剪切保留曲线错误解决方案 #### 问题原因分析 1. **零/小/负体积单元错误**: - 网格扭曲导致四面体单元退化(如单元长宽比过大)[^1] - 材料大变形使单元过度压缩(尤其在接触区域) - 不合理的网格种子密度分布 - 单元节点坐标定义错误(如节点顺序错误) 2. **剪切保留曲线错误**: - 曲线定义超出物理范围(如负值或>1的剪切保留系数) - 与材料本构模型不兼容 - 曲线斜率突变导致数值不稳定 #### 解决方案步骤 **第一阶段:网格质量优化** 1. **检查单元质量**: - 计算单元雅可比行列式:$|J| > 0$(负值表示单元反转) - 确保四面体长宽比满足:$\text{aspect ratio} = \frac{r_{\max}}{r_{\min}} < 5$[^2] ```python # 伪代码:单元质量检查 for element in tetrahedral_mesh: jacobian = calculate_jacobian(element.coordinates) if jacobian <= 0: report_negative_volume(element.id) ``` 2. **网格重构技术**: - 高变形区域采用自适应重划分 - 使用六面体主导网格代替四面体网格 - 关键区域增加网格种子密度: $$ \text{种子密度} \propto \frac{1}{\|\nabla \sigma\|} $$ (应力梯度越大,网格越密) **第二阶段:材料模型修正** 1. **剪切保留曲线调整**: - 确保曲线单调递减且连续 - 典型混凝土模型推荐参数: | 开裂应变 | 剪切保留系数 | |----------|--------------| | 0.0 | 1.0 | | 0.001 | 0.5 | | 0.005 | 0.2 | 2. **本构模型增强**: - 添加应变率相关项:$G_{\text{eff}} = G_0 \cdot f(\dot{\epsilon})$ - 采用增量式更新算法避免负体积 **第三阶段:求解器设置优化** 1. **显式动力学参数**: - 减小时间步长因子:$\Delta t_{\text{new}} = 0.8 \times \Delta t_{\text{old}}$ - 启用体积粘性控制(bulk viscosity) 2. **接触算法**: ```python *CONTACT_CONTROLS, TYPE=ENHANCED 0.05, 0.15 # 允许穿透量调整 ``` #### Job-1 调试流程 1. **错误定位**: - 提取报错单元坐标:$(x_1,y_1,z_1)$ 到 $(x_4,y_4,z_4)$ - 计算初始体积:$V = \frac{1}{6}|(\mathbf{a} \times \mathbf{b}) \cdot \mathbf{c}|$ 2. **分步验证**: ```mermaid graph TD A[运行无接触模型] --> B{是否报错?} B -->|是| C[检查材料模型] B -->|否| D[添加接触定义] D --> E{是否报错?} E -->|是| F[优化接触参数] ``` #### 预防措施 1. **前处理阶段**: - 实施网格质量约束:$ \min(\theta_{\text{tetra}}) > 15^\circ $ - 对弯曲边界使用曲率相关种子 2. **后处理监控**: - 实时输出单元畸变能量:$U_d = \int \sigma:d\epsilon$ > **关键建议**:对于混凝土结构,优先采用CDP(Concrete Damaged Plasticity)模型配合正则化的剪切保留曲线[^3]。
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