- •Конспект лекций по дисциплине «Модели и методы анализа проектных решений» для бакалавров 230100.62 -Системы автоматизированного проектирования.
- •Лекция 3. Разностные схемы первого и второго порядка. Решение разностных уравнений первого порядка по схеме Эйлера.
- •Лекция 4. Схемы Рунге-Кутта и Адамса. Решение разностных уравнений первого порядка по схемам Рунге-Кутта и Адамса.
- •Лекция 5. Метод прогонки. Решение разностных уравнений второго порядка методом прогонки. Программирование алгоритма метода прогонки на эвм.
- •Лекция 11. Третья краевая задача и ее решение методом конечных разностей.
- •Лекция 6. Уравнения с частными производными. Одномерное уравнение теплопроводности. Построение явной разностной схемы одномерного уравнения теплопроводности и ее решение.
- •Лекция 7. Построение неявной разностной схемы одномерного уравнения теплопроводности и ее решение методом прогонки.
- •Лекция 8. Двумерное уравнение теплопроводности. Решение двумерного уравнения теплопроводности методом конечных разностей.
- •Лекция 9. Уравнение Лапласа и три краевые задачи. Задача Дирихле и ее решение методом итераций.
- •Лекция 10. Задача Неймана и ее решение методом конечных разностей.
- •Лекция 12. Уравнение колебаний струны.
- •Задание. Программирование расчетного алгоритма решения задачи Дирихле и задачи Неймана.
- •Методы составления опорного плана транспортной задачи.
- •Тема. Оптимальность плана транспортной задачи.
- •Тема. Открытые модели тз и усложнения в ее постановке.
- •Контрольные вопросы
- •Общая структура статистической модели
- •Тема 2. Математическое моделирование - язык и инструментарий рационального исследования операций .
- •Раздел 2. Исследование операций в условиях определенности. Модели и методы математического программирования.
- •Тема 3. Программируемые проблемы в экономике.
- •2.3.2. Принцип оптимальности
- •2.3.3. Основные соотношения метода динамического программирования
- •2.4. Принцип максимума Понтрягина
- •2.3.4. Расчетные соотношения метода динамического программирования
- •2.4. Принцип максимума Понтрягина
- •2.4.1. Основное соотношение принципа максимума
- •Задача оптимального быстродействия
- •2.4.2. Процедура определения оптимального управления
- •2.4.3. Задача оптимального быстродействия
- •· Гамильтониан быстродействия
- •Задача о выборе траектории
- •Задачи последовательного принятия решений
- •Задача об использовании трудовых ресурсов
- •Применение динамического программирования при непрерывных переменных
- •Программирование метода конечных элементов.
Лекция 3. Разностные схемы первого и второго порядка. Решение разностных уравнений первого порядка по схеме Эйлера.
Для простейших дифференциальных
уравнений первого
и второго порядка
можно построить разностные схемы
следующего вида:
,
.
Если последовательность точек, делящих
ось Ох на отрезки длины h,
занумеровать слева направо так, чтобы
и обозначить
как
,
а
,
то уравнения можно представить в виде:
,
.
В данном виде уравнения могут иметь
множество решении, чтобы выделить
единственное решение уравнения
достаточно задать значение этого решения
в какой-нибудь одной точкеm,
т.е. задать
.
,
т.е. можно определить все значения![]()
записав иначе
можно определить
,
приn<m.
Для выделения единственного решения в
уравнении
достаточно задать произвольно значения
в каких-нибудь двух последовательных
точках, например
и
.
![]()
![]()
Т.е. уравнение вида
для выделения единственного решения,
которого достаточно задать значение
решения в двух последовательных точках,
называется уравнением второго порядка.
Существует также простейшие уравнения,
вида
,
,
решения которых определяются единственным
образом без какого-либо ограничения на
последовательность
- такие уравнения называются уравнениями
нулевого порядка.
Схема Эйлера
Рассмотрим задачу:

Разностная схема аппроксимирующая эту задачу cпервым порядком относительноh.

![]()
При известном
значение
вычисляется по формуле
.
Схема Эйлера с пересчетом
, где![]()
Схема имеет 2-ой порядок аппроксимации.
Если
-
известно, то вычисляется
,
а затем осуществляется уточнение
найденного
.
Лекция 4. Схемы Рунге-Кутта и Адамса. Решение разностных уравнений первого порядка по схемам Рунге-Кутта и Адамса.
Рассмотрим задачу Коши для дифференциального уравнения I-ого порядка

Схемы Рунге-Кутта.
Пусть значение
-
приближенного решения в точке
уже найдено и нужно найти
в точке
.
Задаем целое
и выписываем выражения:

Затем полагаем

Коэффициенты
,
,…,
,
,
,
…,
подбираем так, чтобы получить при
заданном
аппроксимацию возможно более высокого
порядка. Зная
можно вычислить
затем
.
Простейшей схемой P-Kявляется схема Эйлера
При
![]()
Одна из схем Р-К

![]()
![]()
![]()
![]()
Имеет 4 порядок аппроксимации

![]()
,
при любом фиксированном
имеет второй порядок аппроксимации.
Для получения
по схеме Р-К при уже известном
приходится
раз вычислять значение функции
,
далее это значение не используется.
Схемы Адамса
В этих схемах для вычисления каждого
следующего значения
![]()
достаточно дополнительно вычислить
значение
лишь в одной точке независимо от порядка
аппроксимации.
![]()
![]()
![]()
Пусть
.
Выпишем несколько разностных уравнений, используемых в схемах Адамса.
![]()
;![]()
;![]()
;![]()
Первое из этих уравнений – разностное уравнение Эйлера.
Первое уравнение имеет 1 порядок аппроксимация
![]()
![]()
Для вычисления по 1-ой схеме достаточно
знать одну точку
![]()
Для 2-ой две, кроме
,
еще![]()
![]()
![]()
Эти значения могут быть найдены по схеме Рунге-Кутта, с помощью схемы Эйлера с мелким шагом.
Преимущества метода Адамса перед методом Р-К заключается в меньшей трудоемкости вычислений на один шаг.
Основным недостатком – нестандартное начало счета и невозможность изменить с какой-то точки шаг h.
____
19февраля
Лекция 5. Метод прогонки. Решение разностных уравнений второго порядка методом прогонки. Программирование алгоритма метода прогонки на эвм.
0<n<N
Запишем
в виде
,
где
,![]()
для n=1
![]()
![]()
![]()
, где
,
.
Выполним этот процесс для n=2, 3, 4, …
подставим в
,получаем

т.е. коэффициенты LиKвычисляются по рекуррентным формулам

Последнее из получаемых таким образом соотношений имеет вид:
,
т к.
то
.
После этого
,
и т.д. определяются соответственно из
равенств :
и т.д. до![]()
Таким образом:
Сначала производится вычисление
коэффициентов
,
в порядке возрастания номеров (прямая
прогонка) по формулам (2), где
и
заданы.
Затем производится вычисление неизвестных
также рекуррентно в порядке убывания
номеров (обратная прогонка) по формулам

