AskOverflow.Dev

AskOverflow.Dev Logo AskOverflow.Dev Logo

AskOverflow.Dev Navigation

  • 主页
  • 系统&网络
  • Ubuntu
  • Unix
  • DBA
  • Computer
  • Coding
  • LangChain

Mobile menu

Close
  • 主页
  • 系统&网络
    • 最新
    • 热门
    • 标签
  • Ubuntu
    • 最新
    • 热门
    • 标签
  • Unix
    • 最新
    • 标签
  • DBA
    • 最新
    • 标签
  • Computer
    • 最新
    • 标签
  • Coding
    • 最新
    • 标签
主页 / user-12337666

knods's questions

Martin Hope
knods
Asked: 2025-04-09 23:05:20 +0800 CST

有没有什么方法可以避免在 Runge-Kutta-Fehlberg 方法中重复克隆/分配?

  • 8

我正在用 Rust 实现 Runge-Kutta-Fehlberg 5(4) 方法,所以我必须跟踪我试图建模的系统的当前状态,根据当前状态执行几项计算,并根据这些计算的结果更新状态。

在此过程中,我遇到了所有权问题,因为nalgebra我使用的类型没有实现copy。编译器建议我使用clone数据。我最终.clone()在一个循环中写了四条语句,我一方面想知道这会对性能造成什么影响,另一方面想知道是否有其他可行的替代方案。

您可以在下面找到相关功能。

pub fn rkf54(
    initial_time: f64,
    initial_state: State<f64>,
    initial_step_size: f64,
    control: bool,
    tolerance: f64,
    final_time: f64,
    f: &dyn Fn(f64, &State<f64>) -> State<f64>)
    -> Vec<State<f64>> {

    let mut output: Vec<State<f64>> = vec![];

    let mut time = initial_time;
    let mut state = initial_state;
    let mut step_size = initial_step_size;

    while time < final_time  {
        if control {
            // CLONE 1
            step_size = rkf_control(time, state.clone(), initial_step_size, tolerance, f);
        }
        
        // CLONE 2
        let stages = rkf_stages(time, &state.clone(), step_size, A, C, f);

        // CLONE 3
        state = rkf_step(&state.clone(), step_size, &stages, B_PRIMARY);
        time += step_size;


        // CLONE 4
        output.push(state.clone())
    }
    let stages = rkf_stages(final_time, &state.clone(), step_size, A, C, f);
    state = rkf_step(&state.clone(), step_size, &stages, B_PRIMARY);
    output.push(state.clone());

return output;
}

重复克隆会明显影响性能吗?如果我理解正确的话,每次迭代都会在内存的不同区域复制相同的数据4次。

如果是这样,我该如何避免这种克隆/分配?

这是一个完整的工作示例以及类型和常量定义。

#![allow(dead_code)]

extern crate nalgebra; // 0.33.2

use nalgebra::DVector; // 0.33.2
use std::f64::INFINITY;

type Stages<T, const D: usize> = [DVector<T>; D];
pub type State<T> = DVector<T>;
pub type StageCoefficients<T, const D: usize> = [&'static [T]; D];
pub type Weights<T, const D: usize> = [T; D];

pub const A: StageCoefficients<f64, 6> = [
    &[],
    &[1./4.],
    &[3./32.,       9./32.],
    &[1932./2197.,  -7200./2197.,   7296./2197.],
    &[439./216.,    8.,             3680./513.,     -845./4104.],
    &[-8./27.,      2.,             -3544./2565.,   1859./4104.,    -11./40.]
];

pub const C: Weights<f64, 6> =  [0.0,           1./4.,          3./8.,          12./13.,        1.,         1./2.   ];
pub const B_PRIMARY: Weights<f64, 6> =  [16./135.,      0.,             6656./12825.,   28561./56430.,  -9./50.,    2./55.  ];
pub const B_EMBEDDED: Weights<f64, 6> =     [25./216.,      0.,             1408./2565.,    2197./4104.,    -1./5.,     0.      ];


const K: f64 = 0.02;
const B0: f64 = 3.5;
const B1: f64 = 16.72;

pub fn f(t:f64, state: &State<f64>) -> State<f64> {   
    let x = state[0];
    let y = state [1];
    
    let x_dot = y;
    let y_dot = (-K*y) - (x.powf(3.)) + (B0) + (B1 * t.cos());

    return State::from(vec![x_dot, y_dot]);
}

pub fn rkf54(
    initial_time: f64,
    initial_state: State<f64>,
    initial_step_size: f64,
    control: bool,
    tolerance: f64,
    final_time: f64,
    f: &dyn Fn(f64, &State<f64>) -> State<f64>)
    -> Vec<State<f64>> {

    let mut output: Vec<State<f64>> = vec![];

    let mut time = initial_time;
    let mut state = initial_state;
    let mut step_size = initial_step_size;

    while time < final_time  {
        if control {
            // CLONE 1
            step_size = rkf_control(time, state.clone(), initial_step_size, tolerance, f);
        }
        
        // CLONE 2
        let stages = rkf_stages(time, &state.clone(), step_size, A, C, f);

        // CLONE 3
        state = rkf_step(&state.clone(), step_size, &stages, B_PRIMARY);
        time += step_size;


        // CLONE 4
        output.push(state.clone())
    }
    let stages = rkf_stages(final_time, &state.clone(), step_size, A, C, f);
    state = rkf_step(&state.clone(), step_size, &stages, B_PRIMARY);
    output.push(state.clone());

return output;
}
fn rkf_stages<const D: usize>(
    time: f64,
    state: &State<f64>,
    step_size: f64,
    stage_coefficients: StageCoefficients<f64, D>,
    time_fractions: Weights<f64, D>,
    f: &dyn Fn(f64, &State<f64>) -> State<f64>
    ) -> Stages<f64, D> {

    let mut k: Stages<f64, D> = std::array::from_fn(|_| DVector::zeros(state.nrows()));
    
    for i in 0..stage_coefficients.len() {
        let mut x: State<f64> = DVector::zeros(state.nrows());
        for j in 0..stage_coefficients[i].len() {
            x += &k[j] * stage_coefficients[i][j];
        }
        x = state + step_size*(x);
        let t = time + (step_size*time_fractions[i]);
        k[i] = f(t,&x);
    }

    return k;
}

fn rkf_step<const D: usize>(state: &State<f64>, step_size: f64, stages: &Stages<f64, D>, weights: Weights<f64, D>) -> State<f64> {
    
    let mut x_out = 0.0 * DVector::zeros(state.nrows());

    for i in 0..A.len() {
        x_out += &stages[i] * weights[i];
    }
    x_out *= step_size;
    x_out += state;
    
    return x_out;
}

fn rkf_control(time: f64, state: State<f64>, initial_step_size: f64, tolerance: f64,
    f: &dyn Fn(f64, &State<f64>) -> State<f64>) -> f64 {

    let mut error_estimate = INFINITY;
    let mut step_size = initial_step_size;

    while error_estimate > tolerance {
        let k = rkf_stages(time, &state, step_size, A, C, f);
        let x_primary = rkf_step(&state, step_size, &k, B_PRIMARY);
        let x_embedded = rkf_step(&state, step_size, &k, B_EMBEDDED);

        error_estimate = (x_primary - x_embedded).norm();
        step_size = 0.9 * step_size * (tolerance / error_estimate).powf(1. / 5.);
    }

    return step_size;
}

fn main() {
    let initial_time = 0.;
    let initial_state = State::from(vec![2., 2.]);
    let initial_step_size = 1.;
    let control = true;
    let tolerance = 10e-3;
    let final_time = 1.;

    let output = rkf54(initial_time, initial_state, initial_step_size, control, tolerance, final_time, &f);
    for state in output {
        println!("{state:1.3e}");
    }

}
rust
  • 1 个回答
  • 151 Views

Sidebar

Stats

  • 问题 205573
  • 回答 270741
  • 最佳答案 135370
  • 用户 68524
  • 热门
  • 回答
  • Marko Smith

    重新格式化数字,在固定位置插入分隔符

    • 6 个回答
  • Marko Smith

    为什么 C++20 概念会导致循环约束错误,而老式的 SFINAE 不会?

    • 2 个回答
  • Marko Smith

    VScode 自动卸载扩展的问题(Material 主题)

    • 2 个回答
  • Marko Smith

    Vue 3:创建时出错“预期标识符但发现‘导入’”[重复]

    • 1 个回答
  • Marko Smith

    具有指定基础类型但没有枚举器的“枚举类”的用途是什么?

    • 1 个回答
  • Marko Smith

    如何修复未手动导入的模块的 MODULE_NOT_FOUND 错误?

    • 6 个回答
  • Marko Smith

    `(表达式,左值) = 右值` 在 C 或 C++ 中是有效的赋值吗?为什么有些编译器会接受/拒绝它?

    • 3 个回答
  • Marko Smith

    在 C++ 中,一个不执行任何操作的空程序需要 204KB 的堆,但在 C 中则不需要

    • 1 个回答
  • Marko Smith

    PowerBI 目前与 BigQuery 不兼容:Simba 驱动程序与 Windows 更新有关

    • 2 个回答
  • Marko Smith

    AdMob:MobileAds.initialize() - 对于某些设备,“java.lang.Integer 无法转换为 java.lang.String”

    • 1 个回答
  • Martin Hope
    Fantastic Mr Fox msvc std::vector 实现中仅不接受可复制类型 2025-04-23 06:40:49 +0800 CST
  • Martin Hope
    Howard Hinnant 使用 chrono 查找下一个工作日 2025-04-21 08:30:25 +0800 CST
  • Martin Hope
    Fedor 构造函数的成员初始化程序可以包含另一个成员的初始化吗? 2025-04-15 01:01:44 +0800 CST
  • Martin Hope
    Petr Filipský 为什么 C++20 概念会导致循环约束错误,而老式的 SFINAE 不会? 2025-03-23 21:39:40 +0800 CST
  • Martin Hope
    Catskul C++20 是否进行了更改,允许从已知绑定数组“type(&)[N]”转换为未知绑定数组“type(&)[]”? 2025-03-04 06:57:53 +0800 CST
  • Martin Hope
    Stefan Pochmann 为什么 {2,3,10} 和 {x,3,10} (x=2) 的顺序不同? 2025-01-13 23:24:07 +0800 CST
  • Martin Hope
    Chad Feller 在 5.2 版中,bash 条件语句中的 [[ .. ]] 中的分号现在是可选的吗? 2024-10-21 05:50:33 +0800 CST
  • Martin Hope
    Wrench 为什么双破折号 (--) 会导致此 MariaDB 子句评估为 true? 2024-05-05 13:37:20 +0800 CST
  • Martin Hope
    Waket Zheng 为什么 `dict(id=1, **{'id': 2})` 有时会引发 `KeyError: 'id'` 而不是 TypeError? 2024-05-04 14:19:19 +0800 CST
  • Martin Hope
    user924 AdMob:MobileAds.initialize() - 对于某些设备,“java.lang.Integer 无法转换为 java.lang.String” 2024-03-20 03:12:31 +0800 CST

热门标签

python javascript c++ c# java typescript sql reactjs html

Explore

  • 主页
  • 问题
    • 最新
    • 热门
  • 标签
  • 帮助

Footer

AskOverflow.Dev

关于我们

  • 关于我们
  • 联系我们

Legal Stuff

  • Privacy Policy

Language

  • Pt
  • Server
  • Unix

© 2023 AskOverflow.DEV All Rights Reserve