add more integration schemes
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596605a8b7
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@ -1,13 +1,97 @@
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use super::Float;
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use super::Float;
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use ndarray::{Array3, Zip};
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use ndarray::Array3;
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pub(crate) fn rk4<'a, F: 'a, RHS, MT, C>(
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pub trait ButcherTableau {
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const S: usize = Self::B.len();
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const A: &'static [&'static [Float]];
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const B: &'static [Float];
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const C: &'static [Float];
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}
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pub struct Rk4;
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impl ButcherTableau for Rk4 {
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const A: &'static [&'static [Float]] = &[&[0.5], &[0.0, 0.5], &[0.0, 0.0, 1.0]];
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const B: &'static [Float] = &[1.0 / 6.0, 1.0 / 3.0, 1.0 / 3.0, 1.0 / 6.0];
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const C: &'static [Float] = &[0.5, 0.5, 1.0];
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}
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pub struct Rk4_38;
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impl ButcherTableau for Rk4_38 {
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const A: &'static [&'static [Float]] = &[&[1.0 / 3.0], &[-1.0 / 3.0, 1.0], &[1.0, -1.0, 1.0]];
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||||||
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const B: &'static [Float] = &[1.0 / 8.0, 3.0 / 8.0, 3.0 / 8.0, 1.0 / 8.0];
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const C: &'static [Float] = &[1.0 / 3.0, 2.0 / 3.0, 1.0];
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}
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pub struct EulerMethod;
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impl ButcherTableau for EulerMethod {
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const A: &'static [&'static [Float]] = &[&[]];
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const B: &'static [Float] = &[1.0];
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const C: &'static [Float] = &[];
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}
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pub struct MidpointMethod;
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impl ButcherTableau for MidpointMethod {
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const A: &'static [&'static [Float]] = &[&[0.5]];
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const B: &'static [Float] = &[0.0, 1.0];
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const C: &'static [Float] = &[1.0 / 2.0];
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}
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/// Bit exessive...
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const SQRT_5: Float = 2.236067977499789696409173668731276235440618359611525724270897245410520925637804899414414408378782275;
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pub struct Rk6;
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impl ButcherTableau for Rk6 {
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const A: &'static [&'static [Float]] = &[
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&[4.0 / 7.0],
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|
&[115.0 / 112.0, -5.0 / 16.0],
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&[589.0 / 630.0, 5.0 / 18.0, -16.0 / 45.0],
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||||||
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&[
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||||||
|
229.0 / 1200.0 - 29.0 / 6000.0 * SQRT_5,
|
||||||
|
119.0 / 240.0 - 187.0 / 1200.0 * SQRT_5,
|
||||||
|
-14.0 / 75.0 + 34.0 / 375.0 * SQRT_5,
|
||||||
|
-3.0 / 100.0 * SQRT_5,
|
||||||
|
],
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||||||
|
&[
|
||||||
|
71.0 / 2400.0 - 587.0 / 12000.0 * SQRT_5,
|
||||||
|
187.0 / 480.0 - 391.0 / 2400.0 * SQRT_5,
|
||||||
|
-38.0 / 75.0 + 26.0 / 375.0 * SQRT_5,
|
||||||
|
27.0 / 80.0 - 3.0 / 400.0 * SQRT_5,
|
||||||
|
(1.0 + SQRT_5) / 4.0,
|
||||||
|
],
|
||||||
|
&[
|
||||||
|
-49.0 / 480.0 + 43.0 / 160.0 * SQRT_5,
|
||||||
|
-425.0 / 96.0 + 51.0 / 32.0 * SQRT_5,
|
||||||
|
52.0 / 15.0 - 4.0 / 5.0 * SQRT_5,
|
||||||
|
-27.0 / 16.0 + 3.0 / 16.0 * SQRT_5,
|
||||||
|
5.0 / 4.0 - 3.0 / 4.0 * SQRT_5,
|
||||||
|
5.0 / 2.0 - 1.0 / 2.0 * SQRT_5,
|
||||||
|
],
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||||||
|
];
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||||||
|
const B: &'static [Float] = &[
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|
1.0 / 12.0,
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||||||
|
0.0,
|
||||||
|
0.0,
|
||||||
|
0.0,
|
||||||
|
5.0 / 12.0,
|
||||||
|
5.0 / 12.0,
|
||||||
|
1.0 / 12.0,
|
||||||
|
];
|
||||||
|
const C: &'static [Float] = &[
|
||||||
|
4.0 / 7.0,
|
||||||
|
5.0 / 7.0,
|
||||||
|
6.0 / 7.0,
|
||||||
|
(5.0 - SQRT_5) / 10.0,
|
||||||
|
(5.0 + SQRT_5) / 10.0,
|
||||||
|
1.0,
|
||||||
|
];
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||||||
|
}
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||||||
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pub fn integrate<'a, BTableau, F: 'a, RHS, MT, C>(
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||||||
rhs: RHS,
|
rhs: RHS,
|
||||||
prev: &F,
|
prev: &F,
|
||||||
fut: &mut F,
|
fut: &mut F,
|
||||||
time: &mut Float,
|
time: &mut Float,
|
||||||
dt: Float,
|
dt: Float,
|
||||||
k: &mut [F; 4],
|
k: &mut [F],
|
||||||
|
|
||||||
constants: C,
|
constants: C,
|
||||||
mut mutables: &mut MT,
|
mut mutables: &mut MT,
|
||||||
|
@ -15,8 +99,10 @@ pub(crate) fn rk4<'a, F: 'a, RHS, MT, C>(
|
||||||
C: Copy,
|
C: Copy,
|
||||||
F: std::ops::Deref<Target = Array3<Float>> + std::ops::DerefMut<Target = Array3<Float>>,
|
F: std::ops::Deref<Target = Array3<Float>> + std::ops::DerefMut<Target = Array3<Float>>,
|
||||||
RHS: Fn(&mut F, &F, Float, C, &mut MT),
|
RHS: Fn(&mut F, &F, Float, C, &mut MT),
|
||||||
|
BTableau: ButcherTableau,
|
||||||
{
|
{
|
||||||
assert_eq!(prev.shape(), fut.shape());
|
assert_eq!(prev.shape(), fut.shape());
|
||||||
|
assert!(k.len() >= BTableau::S);
|
||||||
|
|
||||||
for i in 0.. {
|
for i in 0.. {
|
||||||
let simtime;
|
let simtime;
|
||||||
|
@ -25,26 +111,24 @@ pub(crate) fn rk4<'a, F: 'a, RHS, MT, C>(
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||||||
fut.assign(prev);
|
fut.assign(prev);
|
||||||
simtime = *time;
|
simtime = *time;
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||||||
}
|
}
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||||||
1 | 2 => {
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i if i < BTableau::S => {
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||||||
fut.assign(prev);
|
fut.assign(prev);
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||||||
fut.scaled_add(1.0 / 2.0 * dt, &k[i - 1]);
|
for (&a, k) in BTableau::A[i - 1].iter().zip(k.iter()) {
|
||||||
simtime = *time + dt / 2.0;
|
if a == 0.0 {
|
||||||
|
continue;
|
||||||
}
|
}
|
||||||
3 => {
|
fut.scaled_add(a * dt, &k);
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||||||
|
}
|
||||||
|
simtime = *time + dt * BTableau::C[i - 1];
|
||||||
|
}
|
||||||
|
_ if i == BTableau::S => {
|
||||||
fut.assign(prev);
|
fut.assign(prev);
|
||||||
fut.scaled_add(dt, &k[i - 1]);
|
for (&b, k) in BTableau::B.iter().zip(k.iter()) {
|
||||||
simtime = *time + dt;
|
if b == 0.0 {
|
||||||
|
continue;
|
||||||
|
}
|
||||||
|
fut.scaled_add(b * dt, &k);
|
||||||
}
|
}
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||||||
4 => {
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||||||
Zip::from(&mut **fut)
|
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||||||
.and(&**prev)
|
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||||||
.and(&*k[0])
|
|
||||||
.and(&*k[1])
|
|
||||||
.and(&*k[2])
|
|
||||||
.and(&*k[3])
|
|
||||||
.apply(|y1, &y0, &k1, &k2, &k3, &k4| {
|
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||||||
*y1 = y0 + dt / 6.0 * (k1 + 2.0 * k2 + 2.0 * k3 + k4)
|
|
||||||
});
|
|
||||||
*time += dt;
|
*time += dt;
|
||||||
return;
|
return;
|
||||||
}
|
}
|
||||||
|
@ -56,3 +140,21 @@ pub(crate) fn rk4<'a, F: 'a, RHS, MT, C>(
|
||||||
rhs(&mut k[i], &fut, simtime, constants, &mut mutables);
|
rhs(&mut k[i], &fut, simtime, constants, &mut mutables);
|
||||||
}
|
}
|
||||||
}
|
}
|
||||||
|
|
||||||
|
pub(crate) fn rk4<'a, F: 'a, RHS, MT, C>(
|
||||||
|
rhs: RHS,
|
||||||
|
prev: &F,
|
||||||
|
fut: &mut F,
|
||||||
|
time: &mut Float,
|
||||||
|
dt: Float,
|
||||||
|
k: &mut [F; 4],
|
||||||
|
|
||||||
|
constants: C,
|
||||||
|
mutables: &mut MT,
|
||||||
|
) where
|
||||||
|
C: Copy,
|
||||||
|
F: std::ops::Deref<Target = Array3<Float>> + std::ops::DerefMut<Target = Array3<Float>>,
|
||||||
|
RHS: Fn(&mut F, &F, Float, C, &mut MT),
|
||||||
|
{
|
||||||
|
integrate::<Rk6, F, RHS, MT, C>(rhs, prev, fut, time, dt, k, constants, mutables)
|
||||||
|
}
|
||||||
|
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