Книга: Программирование на языке Ruby

5.21. Численное вычисление определенного интеграла

5.21. Численное вычисление определенного интеграла

Для приближенного вычисления определенного интеграла имеется проверенная временем техника. Любой студент, изучавший математический анализ, вспомнит, что она называется суммой Римана.

Приведенный ниже метод integrate принимает начальное и конечное значения зависимой переменной, а также приращение. Четвертый параметр (который на самом деле параметром не является) — это блок. В блоке должно вычисляться значение функции от переданной в него зависимой переменной (здесь слово «переменная» употребляется в математическом, а не программистском смысле). Необязательно отдельно определять функцию, которая вызывается в блоке, но для ясности мы это сделаем.

def integrate(x0, x1, dx=(x1-x0)/1000.0)
 x = x0
 sum = 0
 loop do
  y = yield(x)
  sum += dx * y
  x += dx
  break if x > x1
 end
 sum
end
def f(x)
 x**2
end
z = integrate(0.0,5.0) {|x| f(x) }
puts z, "n" # 41.7291875

Здесь мы опираемся на тот факт, что блок возвращает значение, которое может быть получено с помощью yield. Кроме того, сделаны некоторые допущения. Во-первых, мы предполагаем, что x0 меньше x1 (в противном случае получится бесконечный цикл). Читатель сам легко устранит подобные огрехи. Во-вторых, мы считаем, что функцию можно вычислить в любой точке заданной области. Если это не так, мы получим хаотическое поведение. (Впрочем, подобные функции все равно, как правило, не интегрируемы — по крайней мере, на указанном интервале. В качестве примера возьмите функцию f(x)=x/(x-3) в точке x=3.)

Призвав на помощь полузабытые знания об интегральном исчислении, мы могли бы вычислить, что в данном случае результат равен примерно 41.666 (5 в кубе, поделенное на 3). Почему же ответ не так точен, как хотелось бы? Из-за выбранного размера приращения; чем меньше величина dx, тем точнее результат (ценой увеличения времени вычисления).

Напоследок отметим, что подобная методика более полезна для действительно сложных функций, а не таких простых, как f(x) = x**2.

Оглавление книги