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Masterprojekt/runge_kutta.py

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1.2 KiB
Python

import numpy as np
def rk4(ode, t0: float, v0: np.ndarray, weite: float, schritte: int, fein: bool = False) -> tuple[list, list]:
"""
Standard Runge-Kutta Verfahren 4. Ordnung
:param ode: ODE-System als Funktion
:param t0: Startwert der unabhängigen Variable
:param v0: Startwerte
:param weite: Integrationsweite
:param schritte: Schrittzahl
:param fein:
:return: Variable und Funktionswerte an jedem Stützpunkt
"""
h = weite/schritte
t_list = [t0]
werte = [v0]
for _ in range(schritte):
t = t_list[-1]
v = werte[-1]
if not fein:
v_next = rk4_step(ode, t, v, h)
else:
v_grob = rk4_step(ode, t, v, h)
v_half = rk4_step(ode, t, v, 0.5 * h)
v_fein = rk4_step(ode, t + 0.5 * h, v_half, 0.5 * h)
v_next = v_fein + (v_fein - v_grob) / 15.0
t_list.append(t + h)
werte.append(v_next)
return t_list, werte
def rk4_step(ode, t: float, v: np.ndarray, h: float) -> np.ndarray:
k1 = ode(t, v)
k2 = ode(t + 0.5 * h, v + 0.5 * h * k1)
k3 = ode(t + 0.5 * h, v + 0.5 * h * k2)
k4 = ode(t + h, v + h * k3)
return v + (h / 6.0) * (k1 + 2 * k2 + 2 * k3 + k4)