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Apache Commons Math3学习之数值积分实例代码

  • 时间:2022-03-17 02:40 编辑: 来源: 阅读:
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摘要:Apache Commons Math3学习之数值积分实例代码
Apache.Commons.Math3里面的数值积分支持类采用的是“逼近法”,即,先对大区间做一次积分,再对小区间做一次积分,若两次积分结果的差值小于某一设定的误差值,则认为积分完成。否则,将区间再次细分,对细分后的区间进行积分,与前一次积分相比较,如此反复迭代,直至最近的两次积分差值足够小。这样的结果,有可能会导致无法收敛。 为了使用org.apache.commons.math3.analysis.integration包中的积分器类,需要先实现UnivariateFunction接口(本文以MyFunction为例),实现其value方法。然后创建指定的积分器对象,本文以SimpsonIntegrator为例,最后调用其integrate(...)方法即可算出MyFunction的积分。 [b]调用integrate(...)方法时需要提供4个参数: [/b] 第1个是最大逼近次数,要适当大一些,否则可能会无法收敛; 第2个是MyFunction类的实例; 第3个是积分区间下限; 第4个是积分区间上限。 SimpsonIntegrator在第一次迭代时一定是分别以积分下限和积分上限作为x调用连词MyFunction.value(...)方法,下一次则会将区间分成2份(除上下限x值之外,还有一个中间x值),再下一次则是分成4份…… 以下是使用辛普森积分类的例子:
import java.util.ArrayList;
import java.util.List;
import org.apache.commons.math3.analysis.UnivariateFunction;
import org.apache.commons.math3.analysis.integration.SimpsonIntegrator;
import org.apache.commons.math3.analysis.integration.UnivariateIntegrator;
interface TestCase 
{
 public Object run(List<Object> params) throws Exception;
 public List<Object> getParams();
 public void printResult(Object result) throws Exception;
}
public class TimeCostCalculator 
{
 public TimeCostCalculator() 
   {
 }
 /** 
  * 计算指定对象的运行时间开销。 
  * 
  * @param testCase 指定被测对象。 
  * @return 返回sub.run的时间开销,单位为s。 
  * @throws Exception 
  */
 private double calcTimeCost(TestCase testCase) throws Exception 
   {
  List<Object> params = testCase.getParams();
  long startTime = System.nanoTime();
  Object result = testCase.run(params);
  long stopTime = System.nanoTime();
  testCase.printResult(result);
  double timeCost = (stopTime - startTime) * 1.0e-9;
  return timeCost;
 }
 public void runTest(TestCase testCase) throws Exception 
   {
  double timeCost = calcTimeCost(testCase);
  System.out.println("时间开销:: " + timeCost + "s");
  System.out.println("-------------------------------------------------------------------------------");
 }
 public static void main(String[] args) throws Exception 
   {
  TimeCostCalculator tcc = new TimeCostCalculator();
  tcc.runTest(new CalcSimpsonIntegrator());
 }
}
/** 
 * 使用辛普森法求解数值积分。Apache.Common.Math3中所用的辛普森法是采用逼近法,即先对整个积分区间用矩形积分,然后将区间分解为4份,再次积分,比较两次积分的差值,若想对误差大于某个预订数值, 
 * 则认为还需要继续细分区间,因此会将区间以2倍再次细分后求积分,并将结果与前一次积分的结果比较,直至差值小于指定的误差,就停止。 
 * @author kingfox 
 * 
 */
class CalcSimpsonIntegrator implements TestCase 
{
 public CalcSimpsonIntegrator() 
   {
  System.out.print("本算例用于测试使用辛普森法计算积分。正在初始化计算数据 ... ...");
  inputData = new double[arrayLength];
  for (int index = 0; index < inputData.length; index++)  // 鏂滃潯鍑芥暟 
  {
   inputData[index] = Math.sin(2 * Math.PI * index * MyFunction.factor * 4);
  }
  func = new MyFunction();
  integrator = new SimpsonIntegrator();
  System.out.println("初始化完成!");
 }
 @Override 
   public Object run(List<Object> params) throws Exception 
   {
  double result = ((SimpsonIntegrator)(params.get(1))).integrate(steps, (UnivariateFunction)(params.get(0)), lower, upper);
  return result;
 }
 /** 
  * 获取运行参数 
  * @return List对象,第一个元素是求积函数,第二个参数是积分器。 
  */
 @Override 
   public List<Object> getParams() 
   {
  List<Object> params = new ArrayList<Object>();
  params.add(func);
  params.add(integrator);
  return params;
 }
 @Override 
   public void printResult(Object result) throws Exception 
   {
  System.out.println(">>> integration value: " + result);
 }
 UnivariateFunction func = null;
 UnivariateIntegrator integrator = null;
 class MyFunction implements UnivariateFunction 
   {
  @Override 
     public double value(double x) 
     {
   //     double y = x * factor;   // 1. 
   //     double y = 4.0 * x * x * x - 3.0 * x * x + 2.0 * x - 1.0;  // 2. 
   //     double y = -1.0 * Math.sin(x) + 2.0 * Math.cos(x) - 3.0;   // 3. 
   double y = inputData[(int)(x / factor)];
   // 4. 
   //     System.out.println(x + ", " + y); 
   return y;
  }
  private static final double factor = 0.0001;
 }
 private double[] inputData = null;
 private static final int arrayLength = 5000;
 private static final double lower = 0.0;
 //  private static final double upper = 2.0 * Math.PI;   // 3. 
 private static final double upper = (arrayLength - 1) * MyFunction.factor;
 // 1. 2. 4. 
 private static final int steps = 1000000;
}
上述代码中,注释为1. 2. 3.的可以正常计算出结果,但注释为4.的就无法收敛。 基于org.apache.commons.math3.analysis.integration.UnivariateIntegrator的积分器的另一个局限性在于必须编写一个继承于UnivariateFunction的函数类,实现其value方法(根据输入的x值计算出y值),这种做法有利于可用解析式表达的情况,不利于对存放于外存的大量数据做积分处理。 [b]总结[/b] 以上就是本文关于Apache Commons Math3学习之数值积分实例代码的全部内容,希望对大家有所帮助。感兴趣的朋友可以继续参阅本站:[url=http://www.1sucai.cn/article/123408.htm]Java 蒙特卡洛算法求圆周率近似值实例详解[/url]、[url=http://www.1sucai.cn/article/124280.htm]apache zookeeper使用方法实例详解[/url]等,有什么问题可以随时留言,小编会及时回复大家的。这里推荐几本Java方面的书,供广大编程爱好及工作者进行阅读参考,免费的哦! Java初级开发工程师面试题汇总.PDF [url=http://www.1sucai.cn/books/576989.html]http://www.1sucai.cn/books/576989.html[/url] java JDK1.9 API 中文参考文档+原版文档 高清完整版 CHM [url=http://www.1sucai.cn/books/575482.html]http://www.1sucai.cn/books/575482.html[/url] 希望大家能够喜欢,希望对本站多多支持!
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