观星游月 发表于 2023-2-1 00:13:16

求助四阶龙格库塔

用的是vs,代码如下,用四阶龙格库塔和差值计算TOV方程的几组数值解,运行窗口是空白的,不知道怎么改
program gongcheng

    implicit none

    real(kind=8),parameter::G=1.3218278962236387e-42

    real(kind=8),parameter::m0=1.1158032783756145e60

    real(kind=8),parameter::R=20.0e18

    real(kind=8),parameter::pi=3.1415926535

    real(kind=8),parameter::h0=1.0e15

    real(kind=8)::p0(800)

    real,external::f

    real,external::q

    integer::i

    real(kind=8)::rho(990),ene(990),pre(990)

   

      real(kind=8)::x(20000),z(20000),y(20000),p(20000),m(20000),e(20000)

    double precision h,n,k1,k2,k3,k4,M1,M2,M3,M4

   

    do i=1,800

      p0(i)=i*1.d0

      call rungekutta(x,y,z,f,q)   

    write(*,*)x(i+1),z(i+1)/m0

    end do

    end program

   

    function f(r,p,m)

    implicit none

    real(kind=8)::r,p,m,e

    real::f

    real(kind=8)::rho(990),ene(990),pre(990)

    integer::i

    real(kind=8),parameter::G=1.3218278962236387e-42

    real(kind=8),parameter::pi=3.1415926535

    open(unit=26,file='EOS.txt')

    do i=1,990

       read(26,*)rho(i),ene(i),pre(i)

    end do

    call spline(pre,ene,990,p,1,e)

    f=-(e+p)*(G*m+4*pi*G*(r**3)*p)/(r*(r-2*G*m))

    return

    end

   

    function q(r,p,m)

    implicit none

    real(kind=8)::e,p,r,m

    integer::i

    real(kind=8)::rho(990),ene(990),pre(990)

    real::q

    real(kind=8),parameter::pi=3.1415926535

    open(unit=26,file='EOS.txt')

    do i=1,990

       read(26,*)rho(i),ene(i),pre(i)

    end do

    call spline(pre,ene,990,p,1,e)

    q=4*pi*e*r**2

    return

    end

   

   

    subroutine rungekutta(x,y,z,f,q)

    real(kind=8)::x(20000),z(20000),y(20000),p(20000),m(20000)

    integer::i

    real,external::f

    real,external::q

    double precision h,n,k1,k2,k3,k4,M1,M2,M3,M4

    n=20.0e18/1.0e15

    h=1.0e15

    x(1)=0.0

    y(1)=p0

    z(1)=0.0

    do i=1,n-1

      y(i)=p(i)

      z(i)=m(i)

      x(i+1)=(i+1)*h

      k1=f(x(i),y(i))

      M1=q(x(i),y(i))

      k2=f(x(i)+0.5*h,y(i)+0.5*h*k1)

      M2=q(x(i)+0.5*h,y(i)+0.5*h*M1)

      k3=f(x(i)+0.5*h,y(i)+0.5*h*k2)

      M3=q(x(i)+0.5*h,y(i)+0.5*h*M2)

      k4=f(x(i)+h,y(i)+h*k3)

      M4=q(x(i)+h,y(i)+h*M3)

      y(i+1)=y(i)+h*(k1+k2+k3+k4)/6

      z(i+1)=z(i)+h*(M1+M2+M3+M4)/6

      

      if (y(i+1)<=1.0*10**(-5))then

      exit

      end if

    end do

    end subroutine rungekutta



   

   

    subroutine spline(x,y,n,sx,m,f) !x,y:差值基点坐标,n:节点个数,sx:需要返回差值数值的x坐标,m:sx的容量,f:差值结果返回值                  

    implicit none

    integer:: i, j, k, m, n, n1, n2

    Real(kind=8)::x(n),y(n),sx,f

    Real(kind=8):: s2(n), h(n), dy(n), s(n), e(n)   !直接都给数组定义N的空间大小,方便调用

    Real(kind=8):: z, h1, h2, h3, h4



   n1=n-1!间距个数

   n2=n-2!内点个数

   

   do i = 1,n1

       h(i)= x(i+1) - x(i)!计算点间距

   dy(i) = (y(i+1) - y(i) ) / H(i)!计算斜率sj

    end do

   

   S2(1) = 0.d0; S2(N) = 0.d0!自然边界条件,两侧二阶导数为零

   

   DO i = 2, N1!求解内结点处的二阶导数

      S2(i) = 6.d0 * ( DY(i) - DY(i-1) )

   ENDDO

   

   Z = 0.5d0 / ( H(1) + H(2) )

   S(1) = -H(2) * Z

   E(1) = S2(2) * Z

   DO i = 2, N2

      k    = i - 1

      j    = i + 1

      Z    = 1.d0 / ( 2.d0*( H(i)+H(j) ) + H(i)*S(k) )

      S(i) = -H(j) * Z

      E(i) = ( S2(j)-H(i)*E(k) ) * Z

   ENDDO

   

   S2(N1) = E(N2)

   DO i = N2, 2, -1

      k   = i - 1

      S2(i) = S(k)*S2(i+1) + E(k)

   ENDDO

   

   DO i = 1, N1

      S(i) = ( S2(i+1) - S2(i) ) / H(i)

   ENDDO

   

   !具体求结果

   i = 2

   k = 1

   DO j = 1, M

      DO

         IF(SX<X(1).OR.SX>X(N)) THEN

            F=0.0      

            ELSEIF ( SX > X(i) ) THEN

                k = i

                i = i + 1

            ELSE

                EXIT

            ENDIF

      ENDDO

      H1    = SX - X(k)

      H2    = SX - X(i)

      H3    = H1 * H2

      H4    = S2(k) + H1*S(k)

      Z   = ( S2(i) + S2(k) + H4 ) / 6.d0

      F= Y(k) + H1*DY(k) + H3*Z

   ENDDO   

    end subroutine spline

观星游月 发表于 2023-2-1 17:35:50

没啥头绪,有无大佬指点

fcode 发表于 2023-2-1 17:51:34

咋说呢,我也没有头绪,发现了好多个问题。
因为不知道你的意图,也不知道怎么改。

例如:
273行开始
DO j = 1, M
      DO !//此处死循环
         IF(SX<X(1).OR.SX>X(N)) THEN
死循环了


再例如。
主程序中,p0(i)=i*1.d0
但p0并没有传入rungekutta龙格库塔子程序中。该子程序中的 p0 没有定义,也没有值。

观星游月 发表于 2023-2-1 21:18:09

感谢回答,过程是这样,我想求一个微分方程
f=-(e+p)*(G*m+4*pi*G*(r**3)*p)/(r*(r-2*G*m))
也就是
dp/dr=-(e+p)*(G*m+4*pi*G*(r**3)*p)/(r*(r-2*G*m))
的数值解,这里面有e,p,m,r四个变量,其他的都是常量,其中又有关于变量m的方程(叫q)
dm/dr=4*pi*e*r**2
变量e和p有一个函数关系,通过一个插值程序得出,调用txt文件中的990组pre,ene作为插值基点x,y
e和p同时又和r有一个函数关系,e(r),p(r), m也有m(r)关系
,插值得出方程之后回代到方程f中得到r,p(r)的偏微分方程,接着确定步长h,给定p的一个初值p0,把r的范围分成若干份从0到20.0e18用四阶龙格库塔循环计算p,m的值,
跳出循环的条件二选一,r的值达到20.0e18,或者p的计算值小于1.0e-5
p0取1到800重复上述过程,取循环结束的r和m/m0的800组值。

这个是论文导师给的任务,Fortran实在是刚上手,不熟练

fcode 发表于 2023-2-2 08:46:24

你先把死循环和p0没有传入的问题修改了吧。

帮助你理解需求并完全纠正逻辑问题,需要太多的精力,我不一定能帮助你。

你可以把上述问题修改后再看看,有问题再继续帖新的代码求助。

另外,断点单步调试会对你有很大的帮助: http://debug.w.fcode.cn和 http://v.fcode.cn/video-debug.html

观星游月 发表于 2023-2-2 11:34:05

fcode 发表于 2023-2-2 08:46
你先把死循环和p0没有传入的问题修改了吧。

帮助你理解需求并完全纠正逻辑问题,需要太多的精力,我不一定 ...

感谢,我先改着
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