伪谱法是一种求解微分方程组的数值方法,可以用来求解各种类型的二阶微分方程组。以下是一个简单的python代码实现伪谱法求解二阶微分方程组:

import numpy as np
from scipy.fftpack import fft, ifft

def pseudo_spectral_method(t, y0, f, A, B, N):
    # t: 时间向量
    # y0: 初值向量
    # f: 右侧函数
    # A, B: 二阶微分方程组的系数矩阵
    # N: 离散化后的点数
    
    h = t[1] - t[0]  # 步长
    w = np.linspace(0, np.pi/h, N)  # 频率向量
    z = np.exp(-1j*w*h)  # 转移矩阵
    I = np.eye(2)  # 单位矩阵
    
    # 构造伪谱法的系数矩阵
    L = np.array([[0, 1], [-A/B, -f/B]])
    
    # 初始值
    y = np.zeros((2, N), dtype=np.complex128)
    y[:, 0] = y0
    
    # 递推求解
    for i in range(1, len(t)):
        # 将y转换到频域
        y_hat = fft(y[:, i-1])
        
        # 用转移矩阵更新y_hat
        y_hat = z*y_hat - z**2*L.dot(y_hat)
        
        # 将y_hat转换到时域
        y[:, i] = np.real(ifft(y_hat))
        
    return y

使用示例:

# 求解 y'' + A*y' + B*y = f(t)
A = 0.1
B = 1
f = lambda t: 2*np.sin(t)
y0 = np.array([0, 1])
t = np.linspace(0, 10, 1000)
N = 100

y = pseudo_spectral_method(t, y0, f(t), A, B, N)

import matplotlib.pyplot as plt
plt.plot(t, y[0])
plt.plot(t, y[1])
plt.show()
写一个伪谱法求解二阶微分方程组的python代码

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