vadimk772336

Untitled

Dec 2nd, 2019
308
0
Never
Not a member of Pastebin yet? Sign Up, it unlocks many cool features!
C++ 10.12 KB | None | 0 0
  1. #include <iostream>
  2. #include <math.h>
  3. #include <cmath>
  4. #include <vector>
  5. #include <Windows.h>
  6. #include <stdlib.h>
  7. #include <fstream>
  8. #include <string.h>
  9. using namespace std;
  10.  
  11. typedef double(*functiontype)(double x);
  12. typedef struct Node
  13. {
  14.     double x, y;
  15. } Node;
  16. typedef double(*method)(double x, Node* Array, int Count, double* DD_massiv);
  17. typedef struct Interval
  18. {
  19.     double InitialNode, EndNode;
  20. } Interval;
  21. void ValueUniformTable(functiontype* f, Node* Array, double Initial, double End, int CountNodes)
  22.  
  23. {
  24.     double step = abs(Initial - End) / (CountNodes - 1);
  25.     Array[0].x = Initial;
  26.     Array[0].y = (*f)(Array[0].x);
  27.     for (int i = 1; i < CountNodes; i++)
  28.     {
  29.         Array[i].x = Array[i - 1].x + step;
  30.     }
  31. }
  32. double Myfunc(double x)
  33. {
  34.     return (x * (sqrt(4 - x * x)));
  35. }
  36. functiontype Func = &Myfunc;
  37. double trapezoid_formula(Node* Array, functiontype* f, int CountSegments)
  38. { //Теор. порядок точности = 2
  39.     int i;
  40.     double area = 0;
  41.  
  42.     for (i = 0; i < CountSegments - 1; i++) {
  43.         area += (Array[i + 1].x - Array[i].x) * ((*f)(Array[i + 1].x) + (*f)(Array[i].x)) / 2;
  44.     }
  45.     return area;
  46. }
  47. double Gauss_formula(Node* Array, functiontype* f, int CountSegments)
  48. { //Теор. порядок точности = 4
  49.  
  50.     /*порядок точности составной квадратурной формулы Гаусса по n узлам равен 2n.
  51.   стр 216
  52.   квадр формула Гаусс точно на полиномах степени 2n-1 стр 209
  53.   211 стр формула погр
  54.   Алгебраическая степень точности квадратурной формулы, построенной по n узлам,
  55.   не может превосходить 2n−1.
  56.   Как следствие, если производные подинтегральной функции не рас-
  57.   тут «слишком быстро» с ростом их порядка, то при увеличении числа
  58.  
  59.   узлов и гладкости интегрируемой функции порядок точности квадра-
  60.   турных формул Гаусса может быть сделан сколь угодно высоким.
  61.   202 стр теорема*/
  62.     int i;
  63.     double x1, x2, area = 0;
  64.     for (i = 0; i < CountSegments - 1; i++)
  65.     {
  66.         x1 = (Array[i + 1].x + Array[i].x) / 2 + (Array[i + 1].x - Array[i].x) * sqrt(3) / 6;
  67.         x2 = (Array[i + 1].x + Array[i].x) / 2 - (Array[i + 1].x - Array[i].x) * sqrt(3) / 6;
  68.         area += (Array[i + 1].x - Array[i].x) * ((*f)(x1) + (*f)(x2)) / 2;
  69.     }
  70.  
  71.     return area;
  72. }
  73. double orig_integral(double Initial, double End)
  74. {
  75.     return (pow((4 - Initial * Initial), 1.5) - pow((4 - End * End), 1.5)) / 3;
  76. }
  77. void get_order_accuracy(int CountSegments, functiontype* f, double Initial, double End, double* massiv_exp_accuracy) {
  78.     /*ofstream Trap_File("D:/exp_accuracy_T.txt");
  79.     ofstream Gauss_File("D:/exp_accuracy_T.txt");*/
  80.  
  81.     double orig_square_exp, R_G, R_G2, R_T, R_T2, exp_p_G, exp_p_T;
  82.     double Gauss_square_exp, Gauss_square_exp2, trapezoid_square_exp, trapezoid_square_exp2;
  83.  
  84.  
  85.     Node* Array2Nodes = new Node[2 * CountSegments + 1];
  86.     Node* ArrayNodes = new Node[CountSegments + 1];
  87.     ValueUniformTable(f, Array2Nodes, Initial, End, 2 * CountSegments + 1);
  88.     ValueUniformTable(f, ArrayNodes, Initial, End, CountSegments + 1);
  89.     Gauss_square_exp = Gauss_formula(ArrayNodes, f, CountSegments);
  90.     Gauss_square_exp2 = Gauss_formula(Array2Nodes, f, 2 * CountSegments);
  91.     trapezoid_square_exp = trapezoid_formula(ArrayNodes, f, CountSegments);
  92.     trapezoid_square_exp2 = trapezoid_formula(Array2Nodes, f, 2 * CountSegments);
  93.     orig_square_exp = orig_integral(Initial, End);
  94.  
  95.     R_G = abs(orig_square_exp - Gauss_square_exp);
  96.     R_G2 = abs(orig_square_exp - Gauss_square_exp2);
  97.     R_T = abs(orig_square_exp - trapezoid_square_exp);
  98.     R_T2 = abs(orig_square_exp - trapezoid_square_exp2);
  99.  
  100.     exp_p_G = log(R_G / R_G2) / log(2);
  101.     exp_p_T = log(R_T / R_T2) / log(2);
  102.  
  103.     /*Trap_File << CountSegments << " " << exp_p_T;
  104.     Gauss_File << CountSegments << " " << exp_p_G;*/
  105.  
  106.     massiv_exp_accuracy[0] = exp_p_T;
  107.     massiv_exp_accuracy[1] = exp_p_G;
  108.  
  109. }
  110. void graphic_exp(functiontype* f, double Initial, double End, int СountDots) {
  111.     ofstream Trap_File("D:/exp_accuracy_T.txt");
  112.     ofstream Gauss_File("D:/exp_accuracy_G.txt");
  113.     double* massiv_exp_accuracy = new double[2];
  114.     for (int n = 1; n < СountDots; n++) {
  115.         massiv_exp_accuracy[0] = 0;
  116.         massiv_exp_accuracy[1] = 0;
  117.         get_order_accuracy(n, f, Initial, End, massiv_exp_accuracy);
  118.         Trap_File << n << " " << massiv_exp_accuracy[0] << endl;
  119.         Gauss_File << n << " " << massiv_exp_accuracy[1] << endl;
  120.     }
  121.  
  122. }
  123. void PrintNodes(Node* Array, int CountSegments)
  124. {
  125.     int i;
  126.     for (i = 0; i < CountSegments - 1; i++)
  127.         cout << "(" << (Array[i].x) << ":" << (Array[i + 1].x) << ")" << endl;
  128. }
  129. void get_mas_pract_error(functiontype* f, int CountSegments, double*& massiv_data, double Initial, double End)
  130. {
  131.     functiontype Func = &Myfunc;
  132.     int p_trap = 2, p_Gauss = 4;
  133.     double numerator_trap, numerator_Gauss, denominator_Gauss, denominator_Trap, R_trap, R_Gauss;
  134.     double our_numerator_trap, our_numerator_Gauss, our_denominator_Gauss, our_denominator_trap, our_accuracy_trap, our_accuracy_Gauss;
  135.     double y = CountSegments, step = 2 / y;
  136.  
  137.     Node* Array4 = new Node[4 * CountSegments + 1];
  138.     Node* Array2 = new Node[2 * CountSegments + 1];
  139.     Node* Array = new Node[CountSegments + 1];
  140.     ValueUniformTable(f, Array4, Initial, End, 4 * CountSegments + 1);
  141.     ValueUniformTable(f, Array2, Initial, End, 2 * CountSegments + 1);
  142.     ValueUniformTable(f, Array, Initial, End, CountSegments + 1);
  143.  
  144.     numerator_trap = (trapezoid_formula(Array2, f, CountSegments) - trapezoid_formula(Array, f, CountSegments)) * pow(2, p_trap);
  145.     numerator_Gauss = (Gauss_formula(Array2, f, 2 * CountSegments) - Gauss_formula(Array, f, CountSegments)) * pow(2, p_Gauss);
  146.  
  147.     our_numerator_trap = abs(trapezoid_formula(Array2, f, 2 * CountSegments) - trapezoid_formula(Array, f, CountSegments));
  148.     our_numerator_Gauss = abs(Gauss_formula(Array2, f, 2 * CountSegments) - Gauss_formula(Array, f, CountSegments));
  149.     our_denominator_Gauss = abs(Gauss_formula(Array2, f, 2 * CountSegments) - Gauss_formula(Array4, f, 4 * CountSegments));
  150.     our_denominator_trap = abs(trapezoid_formula(Array2, f, 2 * CountSegments) - trapezoid_formula(Array4, f, 4 * CountSegments));
  151.  
  152.     denominator_Gauss = (pow(2, p_Gauss) - 1);
  153.     denominator_Trap = (pow(2, p_trap) - 1);
  154.     R_trap = numerator_trap / denominator_Trap;
  155.     R_Gauss = numerator_Gauss / denominator_Gauss;
  156.  
  157.     our_accuracy_trap = log(our_numerator_trap / our_denominator_trap) / log(2);
  158.     our_accuracy_Gauss = log(our_numerator_Gauss / our_denominator_Gauss) / log(2);
  159.  
  160.     massiv_data[0] = R_trap;
  161.     massiv_data[1] = R_Gauss;
  162.     massiv_data[2] = our_accuracy_trap;
  163.     massiv_data[3] = our_accuracy_Gauss;
  164.  
  165. }
  166. int main()
  167. {
  168.     setlocale(LC_ALL, "RUS");
  169.     functiontype Func = &Myfunc;
  170.     Interval Interval; Interval.InitialNode = 0; Interval.EndNode = 2;
  171.     int CountSegments, СountDots = 500;
  172.     cout << "Введите число интервалов разбиения: " << endl; cin >> CountSegments; cout << endl;
  173.     double CountNodes = CountSegments + 1;
  174.  
  175.     Node* ArrayUniformNodes = new Node[CountNodes];
  176.     ValueUniformTable(&Func, ArrayUniformNodes, Interval.InitialNode, Interval.EndNode, CountNodes);
  177.  
  178.     /*cout << "Разбиение интервала на равные отрезки интегрирования:" << endl;
  179.     PrintNodes(ArrayUniformNodes, CountNodes);
  180.     cout << endl;*/
  181.  
  182.     cout << "Трапеция:" << endl;
  183.     double trapezoid_square = trapezoid_formula(ArrayUniformNodes, &Func, CountSegments);
  184.     cout << trapezoid_square << endl << endl;
  185.  
  186.     cout << "Гаусс:" << endl;
  187.     double Gauss_square = Gauss_formula(ArrayUniformNodes, &Func, CountSegments);
  188.     cout << Gauss_square << endl << endl;
  189.  
  190.     cout << "Интеграл:" << endl;
  191.     double orig_square = orig_integral(Interval.InitialNode, Interval.EndNode);
  192.     cout << orig_square << endl << endl;
  193.  
  194.     cout << "Разность между значениям интеграла и значением по формуле Гаусса:" << endl;
  195.     cout << abs(orig_square - Gauss_square) << endl << endl;
  196.  
  197.     cout << "Разность между значениям интеграла и значением по формуле Трапеций:" << endl;
  198.     cout << abs(orig_square - trapezoid_square) << endl << endl;
  199.  
  200.     /* -----------------Реализация правила Рунге для оценки погрешности-----------------------------*/
  201.     double* massiv_data = new double[4];
  202.     get_mas_pract_error(&Func, CountSegments, massiv_data, Interval.InitialNode, Interval.EndNode);
  203.  
  204.     cout << "Погрешность по Рунге для " << CountSegments << " частей по формуле трапеций:" << endl;
  205.     cout << massiv_data[0] << endl << endl;
  206.     cout << "Погрешность по Рунге для " << CountSegments << " частей по формуле Гаусса:" << endl;
  207.     cout << massiv_data[1] << endl << endl;
  208.     cout << "Точность по своему методу для " << CountSegments << " частей по формуле трапеций" << endl;
  209.     cout << massiv_data[2] << endl << endl;
  210.     cout << "Точность по своему методу для " << CountSegments << " частей по формуле Гаусса:" << endl;
  211.     cout << massiv_data[3] << endl << endl;
  212.     /* -----------------------Конец Рунге-----------------------------------*/
  213.  
  214.  
  215.     /* -----------------Экспериментальный порядок точности   -----------------------------*/
  216.     double* massiv_exp_accuracy = new double[2];
  217.     get_order_accuracy(CountSegments, &Func, Interval.InitialNode, Interval.EndNode, massiv_exp_accuracy);
  218.     cout << "Эксп. Порядок точности для Гаусса и Трапеций соответственно:" << endl;
  219.     cout << massiv_exp_accuracy[1] << " " << massiv_exp_accuracy[0] << endl << endl;
  220.  
  221.     //График
  222.     graphic_exp(&Func, Interval.InitialNode, Interval.EndNode, СountDots);
  223.     /* -------------------------   Конец --------------------------------------*/
  224.  
  225.     cout << endl;
  226.     system("pause");
  227.     return 0;
  228. }
Advertisement
Add Comment
Please, Sign In to add comment