GSL中的常微分方程

本文介绍了如何使用GSL库解决常微分方程初值问题,包括定义n维一阶系统的方法、gsl_odeiv2_system数据类型、函数声明及其使用,以及步进函数的底层原理和API。通过gsl_odeiv2_step和相关重置与释放函数,用户能灵活定制解决方案。

常微分方程

    本章描述求解常微分方程初值问题的函数。本库提供了各种低级方法,如Runge-Kutta和Burirsch-Stoer例程,以及用于自适应步长控制的高级组件。用户可以组合这些组件来实现所需的解决方案,并完全访问任何中间步骤。驱动程序对象可以用作高级包装器,以便于使用低级函数。

    这些函数声明在头文件gsl_odeiv2.h中。这是版本1.15中的一个新接口,所有函数都使用前缀gsl_odeiv2。推荐使用gsl_odeiv.h中定义的以前的gsl_odeiv开头的实现。为了向后兼容,旧的接口保留了原来的名称。

29.1 定义ODE系统

    程序求解一般n维一阶系统,

 其中,i=1,...,n。阶跃函数依赖于导数fi的向量和雅可比矩阵,

GSL 开源 科学计算库 学习笔记(分享部分译稿) GSL是GNU Scientific Libary的简写,是一组专门为数值科学计算而设计的程序库。该程序库用C语言写就,C程序员提供了API。不过 可以对其使用swig工具进行封装,以便能被更高级的语言使用,比如C#,java等。读者可以在网上找到很多swig的例子。 GSL原码是以GPL协议发布的,获取与使用都非地方便,这也是我们之所以选取GSL学习的根本原因。 GSL库涵盖了数值计算领域的方方面面,主要包括下面的计算领域,还有一些新的程序代码会不断纳入到GSL中。 Complex Numbers 复数; Roots of Polynomials 多项式求根; Special Functions 特殊函数; Vectors and Matrices 向量与距阵; Permutations 排列; Combinations 组合; Sorting 排序; BLAS Support 基础线性代数程序集(向量间运算,向量距阵运算,距阵间运算); Linear Algebra CBLAS Library 线性代数库; Fast Fourier Transforms 快速傅利叶变换; Eigensystems 特征值; Random Numbers 随机数; Quadrature 积分; Random Distributions 随机分布; Quasi-Random Sequences 近似随机分布序列; Histograms 直方图; Statistics 统计; Monte Carlo Integration Monte Carlo积分; N-Tuples N元组; Differential Equations 微分方程; Simulated Annealing 模拟退火算法; Numerical Differentiation 数值差分; Interpolation 拟合与插值; Series Acceleration; Chebyshev Approximations Chebyshev逼近; Root-Finding 求根; Discrete Hankel Transforms 离散Hankel转换; Least-Squares Fitting 最小二乘算法拟合; Minimization 最小值; IEEE Floating-Point IEEE浮点运输; Physical Constants 物理量; Basis Splines 基本样条曲线; Wavelets 小波变换。
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