步长与全局误差实验室

同一个初值问题,换不同步长,观察欧拉法、改进欧拉法与四阶龙格-库塔法的全局误差怎样变化,同时看清计算次数怎样增加。

y′ = y − t² + 1,y(0)=0.5 y(t) = (t+1)² − 0.5eᵗ

步长控制

20
4 80
计算区间 0 ≤ t ≤ 2
实际步长 0.10000
网格节点 21 个

把步长减半时,步数约翻倍;每一种方法的函数计算次数也随之翻倍。

计算次数与最大误差

方法 计算次数 最大误差
欧拉法 20 次 0
改进欧拉法 40 次 0
四阶龙格-库塔法 80 次 0

当前误差最小的是 四阶龙格-库塔法。当步长变小时,三条误差曲线都会下降,但每步所需计算次数不同。

全局误差折线

纵轴使用对数刻度,便于同时比较大小差异明显的误差。

误差折线会随着步长滑块实时更新。

并列比较

左侧比较计算次数,右侧比较最大误差。

柱状图会随着步长滑块实时更新。