python實(shí)現(xiàn)數(shù)學(xué)模型(插值、擬合和微分方程)
問(wèn)題1 車輛數(shù)量估計(jì)
題目描述
交通管理部門為了掌握一座橋梁的通行情況,在橋梁的一端每隔一段不等的時(shí)間,連續(xù)記錄1min內(nèi)通過(guò)橋梁的車輛數(shù)量,連續(xù)觀測(cè)一天24h的通過(guò)車輛,車輛數(shù)據(jù)如下表所示。試建立模型分析估計(jì)這一天中總共有多少車輛通過(guò)這座橋梁。

python 實(shí)現(xiàn)(關(guān)鍵程序)
def get_line(xn, yn):
def line(x):
index = -1
# 找出x所在的區(qū)間
for i in range(1, len(xn)):
if x <= xn[i]:
index = i - 1
break
else:
i += 1
if index == -1:
return -100
# 插值
result = (x - xn[index + 1]) * yn[index] / float((xn[index] - xn[index + 1])) + (x - xn[index]) * yn[
index + 1] / float((xn[index + 1] - xn[index]))
return result
return line
time = [0, 2, 4, 5, 6, 7, 8,
9, 10.5, 11.5, 12.5, 14, 16, 17,
18, 19, 20, 21, 22, 23, 24]
num = [2, 2, 0, 2, 5, 8, 25,
12, 5, 10, 12, 7, 9, 28,
22, 10, 9, 11, 8, 9, 3]
# 分段線性插值函數(shù)
lin = get_line(time, num)
# time_n = np.arange(0, 24, 1/60)
time_n = np.linspace(0, 24, 24*60+1)
num_n = [lin(i) for i in time_n]
sum_num = sum(num_n)
print("估計(jì)一天通過(guò)的車輛:%d" % sum_num)
結(jié)果


問(wèn)題2 舊車平均價(jià)格
題目描述
某年美國(guó)舊車價(jià)格的調(diào)查資料如下表所示,其中 x i x_i xi表示轎車的使用年數(shù), y i y_i yi表示相應(yīng)的平均價(jià)格。試分析用什么形式的曲線擬合表中所給的數(shù)據(jù),并預(yù)測(cè)使用4.5年后轎車的平均價(jià)格大致為多少?

Python 實(shí)現(xiàn)(關(guān)鍵程序)
from scipy.optimize import curve_fit def func(x, a, b, c): # 指數(shù)函數(shù)擬合 return a * (b**(x-1)) + c year = np.arange(1, 11, 1) price = [2615, 1943, 1494, 1087, 765, 538, 484, 290, 226, 204] popt, pcov = curve_fit(func, year, price) a = popt[0] b = popt[1] c = popt[2] price_fit = func(year, a, b, c)
結(jié)果


問(wèn)題3 微分方程組求解
題目描述
求下列微分方程組(豎直加熱板的自然對(duì)流)的數(shù)值解

Python實(shí)現(xiàn)(關(guān)鍵程序)
from scipy.integrate import solve_ivp def natural_convection(eta, y): # 將含有兩個(gè)未知函數(shù)的高階微分方程降階,得到由2+3個(gè)一階微分方程組成的方程組 T1 = y[0] T2 = y[1] f1 = y[2] f2 = y[3] f3 = y[4] return T2, -2.1*f1*T2, f2, f3, -3*f1*f3 + 2*(f2**2)-T1 eta = np.linspace(0, 10, 1000) eta_span = [0, 10] init = np.array([ 1, -0.5, 0, 0, 0.68]) curve = solve_ivp(natural_convection, eta_span, init, t_eval=eta)
結(jié)果

問(wèn)題4 野兔數(shù)量 題目描述
某地區(qū)野兔的數(shù)量連續(xù)9年的統(tǒng)計(jì)數(shù)量(單位:十萬(wàn))如下表所示.預(yù)測(cè)t = 9, 10時(shí)野兔的數(shù)量。

Python實(shí)現(xiàn)(關(guān)鍵程序)
import numpy as np
year = np.arange(0, 9, 1)
num = [5, 5.9945, 7.0932, 8.2744, 9.5073, 10.7555, 11.9804, 13.1465, 14.2247]
fit = np.polyfit(year, num, 1)
print("線性擬合表達(dá)式:", np.poly1d(fit))
num_fit = np.polyval(fit, year)
plt.plot(year, num, 'ro', label='原始數(shù)據(jù)')
plt.plot(year, num_fit, 'b-',label='擬合曲線')
year_later = np.arange(8, 11, 0.5)
num_fit_curve = fit[0] * year_later + fit[1]
結(jié)果

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