我正在尝试绘制3 ODE动力学系统的时间序列和相位肖像。我首先绘制4个初始条件的时间序列,但也要用箭头表示相图。我正在获取4张3D图,这不是我想要的。我想要类似本文最后几页中的内容,这是两个捕食者被捕食者系统的持久性和稳定性
我使用的代码是:
import numpy as np
import matplotlib.pyplot as plt
import sympy as sp
import scipy as scp
from scipy.integrate import solve_ivp
from scipy.integrate import odeint
s=0
omega=np.array([2,3.7,4,3])
omega11=omega[0]
omega12=omega[1]
omega21=omega[2]
omega22=omega[3]
beta=np.array([28,24])
beta1=beta[0]
beta2=beta[1]
epsilon=np.array([1.12,3.1])
epsilon1=epsilon[0]
epsilon2=epsilon[1]
g12=2
gamma12=22
def dynamical_model_bacteria(X,t):
x=X[0]
y1=X[1]
y2=X[2]
dxdt=x*(1-x-y1-y2)+s
dy1dt=y1*(-epsilon[0]*(1+omega11*y1+omega12*y2)-g12*y2+beta1*x)
dy2dt=y2*(-epsilon[1]*(1+omega21*y1+omega22*y2)+gamma12*y1+beta2*x)
return [dxdt,dy1dt,dy2dt]
print( dynamical_model_bacteria([50,50,50],0))
x0=np.array([
[ 0.11111111, 0.88888889, 0. ],
[ 0.37237237, 0. , 0.62762763],
[ 0. , 0.10813086, -0.22171438],
[ 0.17247589, 0.35219856, 0.47532555]])
for i in x0:
t=np.linspace(0,30,30000)
x_sol=odeint(dynamical_model_bacteria,i,t)
x=x_sol[:,0]
y1=x_sol[:,1]
y2=x_sol[:,2]
fig=plt.figure(figsize=(15,5))
plt.xlabel('Time (day)')
plt.ylabel('populations (num/ml)')
plt.title(r' $\quad\beta_{1}<\epsilon_{1} and\ \beta_{2}<\epsilon_{2}$'+' '+'$x_{0}=$' +str(i))
plt.plot(t,x_sol[:,0],'r--' ,linewidth=2.5, markersize=1.5)
plt.plot(t,x_sol[:,1],'b:', linewidth=3, markersize=0.5)
plt.plot(t,x_sol[:,2],'g-.', linewidth=3.5, markersize=0.2)
# set the limits
plt.xlim([0, 30])
plt.ylim([-1, 1])
plt.legend( ('Bacteria','protozoa','Daphnia'),
loc='upper center', shadow=True)
fig=plt.figure(figsize=(15,5))
ax = plt.axes(projection="3d")
ax.plot3D(x,y1,y2)
plt.savefig('EP2_fig2.png', dpi=300, bbox_inches='tight')
plt.show()
预先计算给定平衡点的解为
sol=[ odeint(dynamical_model_bacteria,init,t) for init in x0];
然后,您可以在单独的循环中使用它们来构造两个图。使用子图可减少图像窗口的数量,然后将组合图给出
之后,使用相同的轴对象在其中绘制所有曲线,为一些随机初始点添加一些以填充空间
for k in range(len(x0)):
x,y1,y2=sol[k].T
ax.plot(x,y1,y2,'r', lw=2)
for k in range(80):
sol = odeint(dynamical_model_bacteria,0.3*np.random.rand(3),t)
x,y1,y2=sol.T
ax.plot(x,y1,y2,'b', lw=1)
import numpy as np
import matplotlib.pyplot as plt
from mpl_toolkits.mplot3d import Axes3D
from scipy.integrate import solve_ivp, odeint
s=0
omega=np.array([2,3.7,4,3])
omega11,omega12,omega21,omega22=omega
beta=np.array([28,24])
beta1,beta2=beta
epsilon=np.array([1.12,3.1])
epsilon1,epsilon2=epsilon
g12=2
gamma12=2
def dynamical_model_bacteria(X,t):
x, y1, y2 = X
dxdt=x*(1-x-y1-y2)+s
dy1dt=y1*(-epsilon[0]*(1+omega11*y1+omega12*y2)-g12*y2+beta1*x)
dy2dt=y2*(-epsilon[1]*(1+omega21*y1+omega22*y2)+gamma12*y1+beta2*x)
return [dxdt,dy1dt,dy2dt]
print( dynamical_model_bacteria([50,50,50],0))
# compute some solutions in "orderly" fashion
x0=np.array([
[ 0.11111111, 0.88888889, 0. ],
[ 0.37237237, 0. , 0.62762763],
[ 0. , 0.10813086, -0.22171438],
[ 0.17247589, 0.35219856, 0.47532555]])
t=np.linspace(0,30,8000)
sol=[ odeint(dynamical_model_bacteria,init,t) for init in x0];
# first plot
fig=plt.figure(figsize=(15,5))
for k in range(len(x0)):
print( dynamical_model_bacteria(x0[k],0))
plt.subplot(2,2,k+1);
x,y1,y2=sol[k].T
plt.xlabel('Time (day)')
plt.ylabel('populations (num/ml)')
plt.title(r' $\quad\beta_{1}<\epsilon_{1} and\ \beta_{2}<\epsilon_{2}$'+' '+'$x_{0}=$' +str(x0[k]))
plt.plot(t,x,'r--' ,linewidth=2.5, markersize=1.5)
plt.plot(t,y1,'b:', linewidth=3, markersize=0.5)
plt.plot(t,y2,'g-.', linewidth=3.5, markersize=0.2)
# set the limits
#plt.xlim([0, 30])
plt.ylim([-1, 1])
plt.legend( ('Bacteria','protozoa','Daphnia'),
loc='upper center', shadow=True)
plt.tight_layout();
plt.savefig('/tmp/EP2_fig1.png', dpi=300, bbox_inches='tight')
#second plot, adding some random solutions with IC in the same size range
fig=plt.figure(figsize=(15,5))
ax = plt.axes(projection="3d")
for k in range(len(x0)):
x,y1,y2=sol[k].T
ax.plot(x,y1,y2,'r', lw=2)
for k in range(80):
sol = odeint(dynamical_model_bacteria,0.3*np.random.rand(3),t)
x,y1,y2=sol.T
ax.plot(x,y1,y2,'b', lw=1)
plt.savefig('/tmp/EP2_fig2.png', dpi=300, bbox_inches='tight')
plt.show(); plt.close()
我一直在尝试使用您的解决方案,这是我想要的两个图,但是我仍然不知道如何使用我发布的图中提供的代码。我的编码能力有限,因此发布完整的代码给出了两个图表将很有帮助。盒子里的红线是什么?
红线(颜色/线条样式参数
'r'
)是在给定的初始条件下从第三个循环到第一个循环的唯一轨迹。其他点给出的常数解在3D图中是无量纲的,因此'b'
对于随机初始条件,不会被蓝色()解绘制或删除。抱歉要求太高。您是否知道如何在标题中将逗号置于初始状态以区分坐标?然后绘制方向箭头呢?我知道我应该为此使用颤抖器,但是不知道如何?
我不知道可以将任何箭头系统地添加到曲线中。
streamplot
以某种方式做到这一点,但并未使该方法普遍可用。//将numpy
数组打印为矩阵。普通的python列表用逗号打印,str(list(x0[k]))
可以工作,但是给出了17位精度的完全识别格式。您也可以建立自己的档案库,例如"["+", ".join(f"{x:.6g}" for x in x0[k])+"]"
。使用带有舍入的str(list(x0 [k]))不能得到所有数字的作品。谢谢