กลับไปหน้าบทความ

อ่าน 4 นาที

วิธีการยิงหลายนัดโดยตรง

ในสาขาคณิตศาสตร์ที่เรียกว่าสมการเชิงอนุพันธ์สามัญเชิงตัวเลข วิธีการยิงหลายจุดโดยตรง (Direct Multiple Shooting...

วิธีการยิงหลายนัดโดยตรง

ในสาขาคณิตศาสตร์ที่เรียกว่าสมการเชิงอนุพันธ์สามัญเชิงตัวเลข วิธีการยิงหลายจุดโดยตรง (Direct Multiple Shooting Method)เป็นวิธีการเชิงตัวเลขสำหรับการแก้ปัญหาค่าขอบเขตวิธีการนี้แบ่งช่วงที่ต้องการหาคำตอบออกเป็นช่วงย่อยๆ หลายช่วง แก้ปัญหาค่าเริ่มต้นในแต่ละช่วงย่อย และกำหนดเงื่อนไขการจับคู่เพิ่มเติมเพื่อสร้างคำตอบในช่วงทั้งหมด วิธีการนี้ถือเป็นการปรับปรุงที่สำคัญในด้านการกระจายความไม่เป็นเชิงเส้นและความเสถียรเชิงตัวเลข เมื่อเทียบกับ วิธีการยิง จุด เดียว (Single Shooting Method )

วิธีการยิงแบบเดี่ยว

สามารถใช้วิธีการยิง (Shooting methods) ในการแก้ปัญหาค่าขอบเขต (Boundary Value Problems: BVP) เช่น ในกรณีที่ ทราบ จุดเวลาt aและt b แล้ว และเราต้องการหาคำตอบ

วิธีการหาค่ารากแบบเดี่ยวมีขั้นตอนดังนี้ ให้ y(t; t0, y0 ) แทนคำตอบของปัญหาค่าเริ่มต้น (IVP) กำหนด ฟังก์ชันF ( p ) เป็นผลต่างระหว่างy ( tb ; p ) และค่าขอบเขตที่กำหนดyb : F ( p ) = y ( tb ; p ) − ybดังนั้นสำหรับทุกคำตอบ ( ya , yb )ของปัญหาค่าขอบเขต เราจะได้ya = y0ในขณะที่ybสอดคล้องกับรากของF ราก นี้สามารถหาได้โดยวิธีการหาค่าราก ใด ก็ได้ โดยมีเงื่อนไขบางประการที่ขึ้นอยู่ กับวิธีการนั้นๆ ซึ่งมักจะต้องมีการคาดเดาค่าเริ่มต้นของya และyb โดยทั่วไป การหาค่ารากแบบวิเคราะห์ นั้น เป็นไปไม่ได้ และ จะใช้ วิธีการวนซ้ำ เช่นวิธีของนิวตันสำหรับ งานนี้

การประยุกต์ใช้การยิงครั้งเดียวสำหรับการแก้ปัญหาเชิงตัวเลขของปัญหาค่าขอบเขตนั้นมีข้อเสียหลายประการ

  • สำหรับค่าเริ่มต้นy 0 ที่กำหนด คำตอบของปัญหาค่าเริ่มต้นจะต้องมีอยู่บนช่วง [ t a , t b ] อย่างชัดเจน เพื่อให้เราสามารถประเมินฟังก์ชันFซึ่งเป็นฟังก์ชันที่ต้องการหาค่ารากได้

สำหรับสมการ เชิง อนุพันธ์สามัญที่ไม่เป็นเชิงเส้นสูงหรือไม่มีเสถียรภาพสูง ค่าเริ่มต้น y₀จำเป็นต้องใกล้เคียงกับคำตอบที่แท้จริงแต่ไม่ทราบค่า ya อย่างมากค่าเริ่มต้นที่เลือกคลาดเคลื่อนเล็กน้อยจากคำตอบที่แท้จริงอาจนำไปสู่ภาวะเอกฐานหรือความล้มเหลวของวิธีการแก้สมการเชิงอนุพันธ์ อย่างไรก็ตาม การเลือกคำตอบดังกล่าวเป็นสิ่งที่หลีกเลี่ยงไม่ได้ในวิธีการหาคำตอบแบบวนซ้ำ

  • วิธีการคำนวณเชิงตัวเลขที่มีความแม่นยำจำกัด อาจทำให้ไม่สามารถหาค่าเริ่มต้นที่เหมาะสมสำหรับการแก้สมการเชิงอนุพันธ์สามัญตลอดช่วงเวลาทั้งหมดได้เลย
  • ความไม่เป็นเชิงเส้นของสมการเชิงอนุพันธ์สามัญจะกลายเป็นความไม่เป็นเชิงเส้นของF อย่างมีประสิทธิภาพ และต้องใช้เทคนิคการหาคำตอบที่สามารถแก้ระบบที่ไม่เป็นเชิงเส้นได้ วิธีการดังกล่าวโดยทั่วไปจะลู่เข้าช้าลงเมื่อความไม่เป็นเชิงเส้นรุนแรงขึ้น ประสิทธิภาพของตัวแก้ปัญหาค่าขอบเขตจึงลดลงตามไปด้วย
  • แม้แต่สมการเชิงอนุพันธ์สามัญ (ODE )ที่เสถียรและมีเงื่อนไขดี ก็อาจทำให้ปัญหาค่าขอบเขต (BVP) ไม่เสถียรและมีเงื่อนไขไม่ดีได้ การเปลี่ยนแปลงเล็กน้อยของค่าเริ่มต้นที่คาดเดาy₀ อาจทำให้เกิดการเปลี่ยนแปลงอย่างมากในคำตอบของ ODE y( tb ; ta , y₀ ) และด้วย เหตุ นี้ จึงส่ง ผลต่อค่าของฟังก์ชันFที่ต้องการหาคำตอบ วิธีการค้นหารากที่ไม่ใช่เชิงวิเคราะห์มักไม่สามารถรับมือกับพฤติกรรมนี้ได้

การยิงหลายครั้ง

วิธีการยิงหลายจุดโดยตรงจะแบ่งช่วง [ t a , t b ] โดยการเพิ่มจุดกริดเพิ่มเติม วิธีการนี้เริ่มต้นด้วยการเดาค่าของyที่จุดกริดt k ทั้งหมด โดยที่0 ≤ kN − 1กำหนดให้การเดาเหล่านี้เป็นy kให้y ( t ; t k , y k ) แทนคำตอบที่ได้จาก จุดกริดที่ kนั่นคือ คำตอบของปัญหาค่าเริ่มต้น คำตอบทั้งหมดเหล่านี้สามารถนำมารวมกันเพื่อสร้างวิถีต่อเนื่องได้ หากค่าyตรงกันที่จุดกริด ดังนั้น คำตอบของปัญหาค่าขอบเขตจึงสอดคล้องกับคำตอบของระบบ สมการ N สมการต่อไปนี้ : สมการ กลางN −2 สมการคือเงื่อนไขการจับคู่ และสมการแรกและสมการสุดท้ายคือเงื่อนไขy ( t a ) = y aและy ( t b ) = y bจากปัญหาค่าขอบเขต วิธีการยิงหลายจุดจะแก้ปัญหาค่าขอบเขตโดยการแก้ระบบสมการนี้ โดยทั่วไปแล้ว จะใช้การดัดแปลงวิธีการของนิวตันสำหรับงานหลังนี้

วิธีการยิงหลายนัดและวิธีการยิงพร้อมกันในเวลาเดียวกัน

การยิงหลายครั้งได้รับการนำมาใช้เพื่อสร้างตัว แก้ ปัญหาแบบขนานสำหรับปัญหาค่าเริ่มต้น[ 1 ] ตัวอย่างเช่น วิธีการบูรณาการแบบขนานในเวลา ของ Pararealสามารถสร้างขึ้นเป็นอัลกอริทึมการยิงหลายครั้งด้วยการประมาณค่าพิเศษของJacobian [ 2 ]

ดึงข้อมูลมาจาก " https://en.wikipedia.org/w/index.php?title=Direct_multiple_shooting_method&oldid=1296414356 "

สรุปเนื้อหา

ข้อมูลสำคัญจากบทความ

ข้อมูลสำคัญเกี่ยวกับ วิธีการยิงหลายนัดโดยตรง

ในสาขาคณิตศาสตร์ที่เรียกว่าสมการเชิงอนุพันธ์สามัญเชิงตัวเลข วิธีการยิงหลายจุดโดยตรง (Direct Multiple Shooting...

วิธีการยิงแบบเดี่ยว

สามารถใช้วิธีการยิง (Shooting methods) ในการแก้ปัญหาค่าขอบเขต (Boundary Value Problems: BVP) เช่น ในกรณีที่ ทราบ จุดเวลา t a และ t b แล้ว และเราต้องการหาคำตอบ y " ( ที ) = เอฟ ( ที , y ( ที ) , y ′ ( ที ) ) , y ( ที เอ ) = y เอ , y ( ที ข ) = y ข ,...

การยิงหลายครั้ง

วิธีการยิงหลายจุดโดยตรงจะแบ่งช่วง [ t a , t b ] โดยการเพิ่มจุดกริดเพิ่มเติม วิธีการนี้เริ่มต้นด้วยการเดาค่าของ y ที่จุดกริด t k ทั้งหมด โดยที่ 0 ≤ k ≤ N − 1 กำหนดให้การเดาเหล่านี้เป็น y k ให้ y ( t ; t k , y k ) แทนคำตอบที่ได้จาก จุดกริดที่ k นั่นคือ...

วิธีการยิงหลายนัดและวิธีการยิงพร้อมกันในเวลาเดียวกัน

การยิงหลายครั้งได้รับการนำมาใช้เพื่อสร้าง ตัว แก้ ปัญหา แบบขนาน สำหรับ ปัญหาค่าเริ่มต้น [ 1 ] ตัวอย่างเช่น วิธีการบูรณาการแบบขนานในเวลา ของ Parareal สามารถสร้างขึ้นเป็นอัลกอริทึมการยิงหลายครั้งด้วยการประมาณค่าพิเศษของ Jacobian [ 2 ]