Nachdem ich so viel Spaß bei der Untersuchung der Behandlung eines chaotischen Systems mittels impliziten Eulerverfahrens hatte, habe ich mir gleich noch eines vorgenommen...
Der Rössler-Attractor stellt sich wie folgt dar:
mit
Daraus folgt für die Behandlung mit dem impliziten Eulerverfahren und einer Schrittweite (oder Intervallänge) h:
und eingesetzt:
Und wegen der Übersichtlichkeit:
Löst man dieses Gleichungssystem - und ich gebe zu, dass ich mich außerstande sah und Hilfe bei
SymPy
gesucht habe - kommt man auf ein Ergebnis für die Berechnung der drei Zustandsgrößen, das auf der Konsole - direkt von
SymPy - wie folgt aussieht:
from sympy import *
>>> from sympy import *
>>> x, y, z,a,b,c,d,e,f,h = symbols('x, y, z,a,b,c,d,e,f,h')
>>> linsolve([a-h*y-h*z-x,b+h*x+c*y-y,d+e+h*z*x-f*z-z],(x,y,z))
{((h*(c - 1)*(h**2*z*(a*h + b) - (-c + h**2 + 1)*(a*h*z + d + e)) +
(a*(-c + h**2 + 1) - h*(a*h + b))*(h**4*z -
(-c + h**2 + 1)*(f + h**2*z - h*x + 1)))/((h**4*z -
(-c + h**2 + 1)*(f + h**2*z - h*x + 1))*(-c + h**2 + 1)),
(a*f*h - a*h**2*x + a*h + b*f + b*h**2*z - b*h*x + b -
d*h**2 - e*h**2)/(-c*f - c*h**2*z + c*h*x - c + f*h**2 + f -
h**3*x + h**2*z + h**2 - h*x + 1), (h**2*z*(a*h + b) -
(-c + h**2 + 1)*(a*h*z + d + e))/(h**4*z -
(-c + h**2 + 1)*(f + h**2*z - h*x + 1)))}
>>>
Eindrucksvoll und dennoch verwirrend - daher habe ich es hier nochmal aufbereitet:
Die hier gezeigten Darstellung veranschaulichen den Vorteil des impliziten Eulerverfahrens noch einmal schön: Als Referenz habe ich den Rösslerattractor mit einem adaptiven, expliziten Cash-Karp-Solver bis zu t=100 berechnet. Das benötigte 10000 Schritte - damit war die optimale durchschnittliche Schrittweite mit h=0.03 ermittelt.
Daraufhin berechnete ich zunächst das System mit dem expliziten Eulerverfahren und unterschiedlichen Schrittweiten bis zu t=30. Die Darstellungen zeigen die Änderungen im Ergebnis für h= 0.03, h=0.04 und h=0.05. Man kann erkennen, dass bereits bei h=0.04 eine Degeneration einsetzt (die Spiralfeder) und schließlich bei h=0.05 schließlich keine Lösung mehr ermittelt werden kann.
Die beiden letzten Bild stellen das Ergebnis des impliziten Verfahrens mit einer Schrittweite von h=0.04 und h=0.05 dar - in beiden sieht man, dass die beim expliziten Verfahren mit h=0.04 beobachtete Degeneration auch hier vorliegt, allerdings wird auch deutlich, dass die Lösung qualitativ noch sehr nahe am Original liegt. Damit ist einmal mehr bewiesen, dass man sich für die numerische Lösung von Differentialgleichungssystemen der Mühe unterziehen sollte, das implizite Eulerverfahren zumindest in Betracht zu ziehen.
03.11.2020
Nachdem ich ein wenig mit der Synchronisation von Lorenz-Systemen herumgespielt habe wollte ich herausfinden, ob sich die gefundenen Ergebnisse auf andere Systeme übertragen lassen - mein erster Kandidat dafür war das Roessler-System.
10.05.2020
Nachdem ich hier schon einmal kurz über Bifurkationen und Lyapunov-Exponenten berichtet habe, habe ich den Code dafür aufgeräumt und flexibilisiert - nun kann ich diese Werkzeuge auf beliebige Systeme anwenden: Das erste Beispiel war ja das Roessler-System, jetzt habe ich sie auf das Lorenz-System angewendet.
11.11.2018
Wann immer ich hier über Experimente mit numerischen Lösungsverfahren für Differentialgleichungssysteme berichte, habe ich im Hinterkopf, dass diese Verfahren eigentlich völlig ungeeignet dafür sind, solche Systeme zu analysieren, da heutige Digitalcomputer bereits rationale Zahlen nicht exakt darstellen können - von irrationalen ganz zu schweigen...
Ticketsysteme sind lebende Wesen
29.03.2020
Hier zunächst wieder eine Triggerwarnung: Dieser Artikel wird meine Meinung abbilden. es kann sein, dass sie dem einen oder anderen nicht gefällt - das ist mir aber egal. Und wenn hier irgendwelche Schneeflocken mitlesen, dann sind die selber schuld.
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Ich berichtete hier bereits über Experimente mit dem Clifford-Attractor, allerdings war ich noch Experimente unter geringfügig geänderten Parametern schuldig...
WeiterlesenEs wurde wieder einmal Zeit für ein neues Feature in meinem Static Site Generator mittels dessen ich ja auch meine Heimatseite im Zwischennetz gestalte und verwalte...
WeiterlesenEs kamen mehrere Faktoren zusammen: die Tatsache, dass ich nicht mehr ganz so kürzlich die 50 überschritten habe hatte ebenso darauf Einfluss wie das heutige trübe Wetter und auch der Fakt, dass ich bereits beinahe alle Wochenendpflichten erledigt habe. Der letzte Stein des Anstoßes war dann aber, dass sich heute zum 125. Mal der Geburtstag von Erich Fromm jährt.
WeiterlesenManche nennen es Blog, manche Web-Seite - ich schreibe hier hin und wieder über meine Erlebnisse, Rückschläge und Erleuchtungen bei meinen Hobbies.
Wer daran teilhaben und eventuell sogar davon profitieren möchte, muss damit leben, daß ich hin und wieder kleine Ausflüge in Bereiche mache, die nichts mit IT, Administration oder Softwareentwicklung zu tun haben.
Ich wünsche allen Lesern viel Spaß und hin und wieder einen kleinen AHA!-Effekt...
PS: Meine öffentlichen Codeberg-Repositories findet man hier.