ملف:Hamiltonian flow classical.gif

من testwiki
اذهب إلى التنقل اذهب إلى البحث
Hamiltonian_flow_classical.gif (١٩٥ × ٣٩٠ بكسل حجم الملف: ١٧٢ كيلوبايت، نوع MIME: image/gif، ملفوف، ٨٦ إطارا، ٢٦ث)

هذا الملف من ويكيميديا كومنز ويمكن استخدامه بواسطة المشاريع الأخرى. الوصف على صفحة وصف الملف هناك معروض بالأسفل.

ملخص

الوصف
English: Flow of a statistical ensemble in the potential x**6 + 4*x**3 - 5*x**2 - 4*x. Over long times it becomes swirled up, and appears to become a smooth and stable distribution. However, this stability is an artifact of the pixelization (the actual structure is too fine to perceive).
This animation is inspired by a discussion of Gibbs in his 1902 wikisource:Elementary Principles in Statistical Mechanics, Chapter XII, p. 143: "Tendency in an ensemble of isolated systems toward a state of statistical equilibrium".
التاريخ
المصدر عمل شخصي
المؤلف Nanite
إصدارات أخرى
GIF منشأ الملف
InfoField
 هذا الرسم المتجهي أُنشئ بواسطة مات بلوت ليب
 and with Inkscape.

Source

Python source code. Requires matplotlib ImageMagick. Possibly does not run in Windows.

from pylab import *
import subprocess
import sys
import os

figformat = '.png'
seterr(divide='ignore')
rcParams['font.size'] = 9

#define color map that is transparent for low values, and dark blue for high values.
# weighted to show low probabilities well
cdic = {'red':   [(0,0,0),(1,0,0)],
        'green': [(0,0,0),(1,0,0)],
        'blue':  [(0,0.7,0.7),(1,0.7,0.7)],
        'alpha': [(0,0,0),
                  (0.1,0.4,0.4),
                  (0.2,0.6,0.6),
                  (0.4,0.8,0.8),
                  (0.6,0.9,0.9),
                  (1,1,1)]}
cm_prob = matplotlib.colors.LinearSegmentedColormap('prob',cdic,N=640)

### System dynamics ###

# potential is a polynomial
potential_coefs = array([1,0,0,4,-5,-4,0],'d')
def potential(x,t):
    return polyval(potential_coefs,x)

# force function is its derivative.
force_coefs = (potential_coefs*arange(len(potential_coefs)-1,-1,-1))[:-1]
def force(x,t):
    """ derivative of potential(x) """
    return polyval(force_coefs,x)
invmass = 1.0
dt = 0.03

def motion(t,x,p):
    """ returns dx/dt, dp/dt """
    return p*invmass, -force(x,t)

cur_x = -0.1
cur_p = 0

def rkky_step(t, x_i, p_i, dt):
    kx1,kp1 = motion(t, x_i, p_i)
    dt2 = 0.5*dt
    kx2,kp2 = motion(t+dt2, x_i+dt2*kx1, p_i+dt2*kp1)
    kx3,kp3 = motion(t+dt2, x_i+dt2*kx2, p_i+dt2*kp2)
    kx4,kp4 = motion(t+dt, x_i+dt*kx3, p_i+dt*kp3)
    newx = x_i + (dt/6.0)*(kx1 + 2.0*kx2 + 2.0*kx3 + kx4)
    newp = p_i + (dt/6.0)*(kp1 + 2.0*kp2 + 2.0*kp3 + kp4)
    return newx, newp

### Setup ensemble points ###

# most are randomly chosen
x = 0 + 0.5*rand(20000)
p = -1.0 + 2.0*rand(20000)

# the pilot points are set manually
x[0] = 0;    p[0] = 0
x[1] = 0.4;  p[1] = 0.0
pilots = [0,1]
pilot_colors = {
       0: (0,0.7,0),
       1: (0.7,0,0)}
E = potential(x,0) + 0.5*invmass*p**2

### set up plot limits and histogram bins ###
xedges = linspace(-2.1,1.7,151)
pedges = linspace(-7.5,7.5,151)
Eedges = linspace(-9,9,151)
pix = 150
extent = [xedges[0], xedges[-1], pedges[-1], pedges[0]]
H = histogram2d(x,p,bins=[xedges,pedges])[0].transpose()
cmax = amax(H)*0.8

extenten = [xedges[0], xedges[-1], Eedges[-1], Eedges[0]]
Hen = histogram2d(x,E,bins=[xedges,Eedges])[0].transpose()
cmaxen = amax(Hen)*0.3

fig = figure(1)
ysize = 2.6
xsize = 1.3
fig.set_size_inches(xsize,ysize)

### Prepare lower plot ###
axen = axes((0.2/xsize,0.2/ysize,1.0/xsize,1.0/ysize),frameon=True)
axen.xaxis.set_ticks([])
axen.xaxis.labelpad = 2
axen.yaxis.set_ticks([])
axen.yaxis.labelpad = 2
xlim(-2.1,1.7)
ylim(-9,9)
xlabel('position $x$')
ylabel('energy')
potx = linspace(-2.1,1.7,151)

### Prepare upper plot ###
ax = axes((0.2/xsize,1.5/ysize,1.0/xsize,1.0/ysize),frameon=True)
ax.xaxis.set_ticks([])
ax.xaxis.labelpad = 2
ax.yaxis.set_ticks([])
ax.yaxis.labelpad = 2
xlim(-2.1,1.7)
ylim(-7.5,7.5)
xlabel('position $x$')
ylabel('momentum $p$')

### Start running simulation ###
frames = list()
delays = list()
framemod = 5
frame = "frames/background"+figformat
savefig(frame,dpi=pix)
frames.append(frame)
delays.append(16)

print "generating frames...  0%",
sys.stdout.flush()
savesteps = range(0,401,framemod) + [600, 1000, 2000, 6000]
delays += [10]*len(savesteps)
delays[1] = 200
delays[-5:] = [100,200,200,200,400]
totalsteps = max(savesteps)+1
for step in range(totalsteps):
    if step % 20 == 0:
        print "\b\b\b\b\b{0:3}%".format(int(round(step*100.0/totalsteps))),
        sys.stdout.flush()
    if step in savesteps:
        # Every several frames, do a plot
        remlist = list()

        sca(ax)
        H = histogram2d(x,p,bins=[xedges,pedges])[0].transpose()
        remlist.append(imshow(H, extent=extent, cmap=cm_prob, interpolation='none', aspect='auto'))
        remlist[-1].set_clim(0,cmax)
        for i in pilots:
            remlist += plot(x[i], p[i], '.', color=pilot_colors[i], markersize=3)

        E = potential(x,step*dt) + 0.5*invmass*p**2
        sca(axen)
        pot = potential(potx,step*dt)
        remlist += plot(potx,pot,color='r',zorder=0)
        Hen = histogram2d(x,E,bins=[xedges,Eedges])[0].transpose()
        remlist.append(imshow(Hen, extent=extenten, cmap=cm_prob, interpolation='none', aspect='auto',zorder=1))
        remlist[-1].set_clim(0,cmaxen)
        for i in pilots:
            remlist += plot(x[i], E[i], '.', color=pilot_colors[i], markersize=3)

        frame = "frames/frame"+str(step)+figformat
        savefig(frame,dpi=pix)
        frames.append(frame)
        # Clear out updated stuff.
        for r in remlist: r.remove()
    x, p = rkky_step(step*dt, x, p,dt)
print "\b\b\b\b\b      done"

assert(len(delays) == len(frames))

### Assemble animation using ImageMagick ###
calllist = 'convert -dispose Background'.split()
for delay,frame in zip(delays,frames):
    calllist += ['-delay',str(delay)]
    calllist += [frame]
calllist += '-loop 0 -layers Optimize _animation.gif'.split()
f = open('anim_command.txt','w')
f.write(' '.join(calllist)+'\n')
f.close()

print "composing into animated gif...",
sys.stdout.flush()
subprocess.call(calllist)
print "      done"
os.rename('_animation.gif','animation.gif')

ترخيص

أنا، صاحب حقوق التأليف والنشر لهذا العمل، أنشر هذا العمل تحت الرخصة التالية:
Creative Commons CC-Zero هذا الملف متوفر تحت ترخيص المشاع الإبداعي CC0 1.0 الحقوق العامة.
لقد وَضَعَ صاحب حقوق التَّأليف والنَّشر هذا العملَ في النَّطاق العامّ من خلال تنازُلِه عن حقوق العمل كُلِّها في أنحاء العالم جميعها تحت قانون حقوق التَّأليف والنَّشر، ويشمل ذلك الحقوق المُتَّصِلة بها والمُجاورة لها برمتها بما يتوافق مع ما يُحدده القانون. يمكنك نسخ وتعديل وتوزيع وإعادة إِنتاج العمل، بما في ذلك لأغراضٍ تجاريَّةٍ، دون حاجةٍ لطلب مُوافَقة صاحب حقوق العمل.

الشروحات

أضف شرحاً من سطر واحد لما يُمثِّله هذا الملف

العناصر المصورة في هذا الملف

يُصوِّر

٢٧ أكتوبر 2013

١٧٥٬٩٢٩ بايت

٣٩٠ بكسل

١٩٥ بكسل

تاريخ الملف

اضغط على زمن/تاريخ لرؤية الملف كما بدا في هذا الزمن.

زمن/تاريخصورة مصغرةالأبعادمستخدمتعليق
حالي٠٩:٥٧، ٢٧ أكتوبر ٢٠١٣تصغير للنسخة بتاريخ ٠٩:٥٧، ٢٧ أكتوبر ٢٠١٣١٩٥ × ٣٩٠ (١٧٢ كيلوبايت)wikimediacommons>NaniteAdded potential plot (with bonus ensemble histogram in E,x), as well as a couple of "pilot" systems.

الصفحة التالية تستخدم هذا الملف: