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과학

애덤스 배시포스 방법

애덤스 배시포스 방법과학
영문명
Adams-Bashforth method
약칭
AB
분류
명시적 다단계 방법
대표 형태
두 단계 이차 방법 AB2
애덤스 배시포스 방법은 현재와 이전 시점의 기울기를 이용해 미분방정식의 다음 값을 근사하는 명시적 수치 계산법이다. 여러 시점의 계산 정보를 이어 쓰는 다단계 방법에 속한다. 기울기 이력을 보관하여 다음 구간의 변화를 예측한다.

지난 기울기를 재사용한다

균일한 시간 간격 h에서 두 단계 방법은 y[n+1] = y[n] + h(3f[n]-f[n-1])/2다. 여기서 f[n]은 현재 상태와 시각에서 계산한 미분값이다. 현재 기울기와 직전 기울기의 차이를 이용해 앞으로의 변화를 반영한다. 두 값을 단순 평균하는 식은 아니다.

계산 예와 시작값의 영향

dy/dt = 2t에서 h = 0.5, y(0) = 0, y(0.5) = 0.25를 주자. t = 0.5와 0의 기울기는 각각 1과 0이다. 다음 증분은 0.5(3×1-0)/2 = 0.75이므로 t = 1의 값은 1이다. 시작값 y(0.5)를 0으로 주면 같은 증분을 더해 0.75가 된다. 이 예는 필요한 이전 값의 정확도도 결과에 영향을 준다는 것을 보여 준다.

첫 단계는 별도로 준비한다

초기값 하나만 있는 문제에서는 바로 두 단계 공식을 시작할 수 없다. 다른 일단계 계산법으로 추가 값을 만들거나 적절한 시작 정보를 제공해야 한다. 룽게 쿠타 방법과 달리 한 단계 안에서 중간 기울기를 여러 번 구하는 구조가 아니다.

단계 수와 안정성

AB2는 적절한 조건에서 전역 이차 정확도를 갖는다. 하지만 높은 차수나 적은 함수 평가 횟수만으로 적합성을 결정할 수 없다. 시간 간격에 따른 안정성을 살펴야 하며, 간격이 바뀌면 위의 고정 간격 계수를 그대로 사용하지 않는다.

관련 문서

전진 오일러 방법 / 후진 오일러 방법 / 4차 룽게 쿠타 방법 / 미분방정식 / 미분 / 부동 소수점