常微分方程数值解法比较及MATLAB实现

matlab 的微分方程解法资源挺丰富的，尤其是对常微分方程的数值方法比较全，适合平时搞建模、做控制系统仿真的同学参考。文章不只是讲原理，还配了 MATLAB 实现，代码也挺清晰。比如欧拉法、Adams 方法这些常见套路，基本都能找到，而且用的语言你一看就懂，不绕弯子。如果你是新手，建议先从欧拉法的那篇开始，思路简单，代码也好上手。

常微分方程的数值解法是数学、物理、工程领域中经常用到的工具。本文了几种常见的数值解法，包括**Euler 法**、**Runge-Kutta 法**和**Adams 方法**，以及它们在 Matlab 中的实现。对于初学者，**Euler 法**简单易懂，但精度较低，适合快速入门。**Runge-Kutta 法**则了更高的精度，是实际中比较常用的方法，而**Adams 方法**则在一些复杂问题时显得更为高效。通过本文，你可以快速上手这些方法并在 Matlab 中实现它们。其实，无论是物理模拟，还是工程计算，常微分方程的数值解法都能帮你省去大量手动计算的麻烦，大大提高效率。推荐给正在学习数值计

随着技术的不断进步，欧拉法作为常微分方程数值解的一种方法，在Matlab开发中具有重要意义。

MATLAB可以利用四阶龙格库塔法、欧拉法和改进的欧拉法等不同数值方法来解常微分方程。

解决一阶常微分方程的数值方法（单步和多步）。包括欧拉方法、亨氏法、四阶Runge Kutta方法、Adams-Bashforth方法和Adams-Moulton方法。这些方法通常用于求解IVP，即一阶初始值问题，其中微分方程为y' = f(t,y)，初始条件为y(t₀) = y₀。详细参考：http://nptel.ac.in/courses/111107063/

在数值分析中，我们比较了改进的欧拉公式、二阶中点公式以及二阶Heun方法在常微分方程数值解法中的应用。

使用 dslove() 函数可求解微分方程符号解。其格式为：s=dslove(‘eq1’,‘eq2’,…,‘eqn’,‘cond1’,‘cond2’,…, ‘condn’,‘v’)其中‘cond1’, ‘cond2’,…, ‘condn’,‘v’可选，默认为独立变量 t。

用Matlab软件解常微分方程的数值方法包括ode45、ode23和ode113等。这些方法根据待解方程写成的m文件名进行求解。用户可以设定自变量初值和终值，以及设定误差限。例如，使用options=odeset('reltol',rt,'abstol',at)来设置相对误差和绝对误差。

修改自《电化学系统》第3版附录C中的原始FORTRAN代码，John Newman的BAND数值方法在耦合常微分方程的数值解中展现了其独特价值。程序由约翰·纽曼和凯伦·托马斯-阿利亚编写，应用于Stefan-Maxwell方程和两个Dirichlet边界条件的三元扩散问题，源自Ross Taylor和R. Krishna的《多组分传质》第2章示例2.1.1。包括5个文件：autoband_test用于操作条件和初始化变量，autoband计算控制方程导数，带解决并返回变量变化，eqn包含总和为零的控制方程，matinv用于带状矩阵的反转。