5 第3章 差分方程模型(一)
差分方程模型介绍共44页
36、“不可能”这个字(法语是一个字 )，只 在愚人 的字典 中找得 到。--拿 破仑。 37、不要生气要争气，不要看破要突 破，不 要嫉妒 要欣赏 ，不要 托延要 积极， 不要心 动要行 动。 38、勤奋，机会，乐观是成功的三要 素。(注 意：传 统观念 认为勤 奋和机 会是成 功的要 素，但 是经过 统计学 和成功 人士的 分析得 出，乐 观是成 功的第 三要素 。
谢谢！
39、没有不老的誓言，没有不变的承 诺，踏 上旅途 ，义无 反顾。 40、对时间的价值没有没有深切认识 的人， 决不会 坚韧勤 勉。
61、奢侈是舒适的，否则就不是奢侈 。——CocoCha nel 62、少而好学，如日出之阳；壮而好学 ，如日 中之光 ；志而 好学， 如炳烛 之光。 ——刘 向 63、三军可夺帅也，匹夫不可夺志也。 ——孔 丘 64、人生就是学校。在那里，与其说好 的教师 是幸福 ，不如 说好的 教师是 不幸。 ——海 贝尔 65、接受挑战，就可以享受胜利的喜悦 。——杰纳勒 尔·乔治·S·巴顿
差分方程模型
建 立模 型
若这天的需求量r<n，则他售出r份，退回 n-r 份，由于需求量为r的概率为f（r） 所以这天收入为： [r(a-b)-(n-r)(b-c)]f（r） 若r=n，全部卖完，收入为：n(a-b)f（r）； 若r>n，则他把n份全部卖出，但少赚钱， 当天收入为： (a-b)nf（r）
所以，我们可以得到
他的渠道掌握了需求量的随机规律
●设每天购进报纸n份,日平均收入G(n)
因为需求量r是随机的 可以小于 等于n或 因为需求量 是随机的,r可以小于 等于 或 是随机的 可以小于n,等于 大于n,致使报童每天的收入也是随机的 致使报童每天的收入也是随机的,所以 大于 致使报童每天的收入也是随机的 所以 作为优化模型的目标函数,不能是报童每天的 作为优化模型的目标函数 不能是报童每天的 收入,而应该是他长期卖报的日平均收入 收入 而应该是他长期卖报的日平均收入
f f
y f g P0
图1
f P0 x
图0 2
g
y
0
x
0
x
< K g 时 P0 点是稳定的(图1) > K g 时 P0 点是不稳定的(图2)
为了进一步分析这种现象,下面给出蛛网 模型的另一种表达形式-----差分方程
由此可见, 需求曲线越平, 供应曲线越陡, 越有利于经济 稳定
yk y0 = (xk x0),α >0.... k+1 x0 =β(yk y0),β >0 α x
g P0 P1
程度和他们的消费水平,g则与生产者 0 的生产能力、经营水平等因素有关. 比如当消费者收入增加时,f会向上移 动;当生产能力提高时,g将向右移动.
x0 图2
x
差分方程及其Z变换法求解
= b0 r[(k + m)T ] + b1r[(k + m − 1)T ] + .......bm−1r[(k + 1)T ] + bm r (kT )
zX 1 ( z ) − zx1 (0) = X 2 ( z )
x2(kT)
z −1
x1(kT) z −1 x2(z) y[(k+1)T] KT
-
x1(0) 1 x1(z)
例2：画出例2所示离散系统的模拟图
y[(k + 1)T ] = -( KT -1) y (kT ) + KTr (kT ) r(kT)+ 1)T ] + ( KT -1) y (kT ) = KTr (kT ) y (k + 1) + ( K -1) y (k ) = Kr (k )
KT-1
三、差分方程的解
差分方程的求解：迭代法、z变换法。 迭代法：将原系统的差分方程化为如下形式：
y[(k + n)T ] = −a1 y[(k + n − 1)T ] − ...... − an −1 y[(k + 1)T ] − an y[kT ] + b0 r[( k + m)T ] + b1r[(k + m − 1)T ] + .......bm −1r[( k + 1)T ] + bm r (kT )
y (kT ) = 0.446 + 1.429(-0.4) k -1.875(-0.6) k
差分方程知识点总结
差分方程知识点总结一、差分方程的概念差分方程是指用差分运算符号（Δ）表示的方程。
差分运算符Δ表示的是某一变量在两个连续时间点的变化量。
差分方程通常用于描述离散时间下的变化规律，比如时间序列、离散动力系统等。
二、常见的差分方程1. 一阶线性差分方程一阶线性差分方程的一般形式为：y(t+1) - y(t) = a*y(t) + b，其中a和b为常数。
一阶线性差分方程常常用于描述某一变量在不同时间点之间的线性变化规律。
2. 二阶线性差分方程二阶线性差分方程的一般形式为：y(t+2) - 2*y(t+1) + y(t) = a*y(t) + b，其中a和b为常数。
二阶线性差分方程通常用于描述某一变量在不同时间点之间的二阶线性变化规律。
3. 线性非齐次差分方程线性非齐次差分方程的一般形式为：y(t+1) - a*y(t) = b，其中a和b为常数。
线性非齐次差分方程通常用于描述某一变量在不同时间点之间的线性变化规律，并且受到外部条件的影响。
4. 滞后差分方程滞后差分方程的一般形式为：y(t+1) = f(y(t))，其中f为某一函数。
滞后差分方程通常用于描述某一变量在不同时间点之间的非线性变化规律。
5. 差分方程组差分方程组是指由多个差分方程组成的方程组。
差分方程组通常用于描述多个变量之间的变化规律，比如混合动力系统、多变量时间序列等。
三、差分方程的解法1. 特征根法特征根法是解一阶或二阶线性差分方程的一种常用方法。
通过求解特征方程，可以求得差分方程的通解。
2. 递推法递推法是解一阶或二阶非齐次差分方程的一种常用方法。
通过递推关系，可以求得差分方程的特解。
3. Z变换法Z变换法是解一阶或二阶差分方程的一种常用方法。
通过对差分方程进行Z变换，可以将其转换为等价的代数方程，然后求解其解。
4. 数值解法对于复杂的差分方程，通常采用数值解法求解。
数值解法包括Euler法、Runge-Kutta法、递推法等，通过迭代计算逼近差分方程的解。
差分方程模型习题答案
差分方程模型习题答案 1 / 8 1. 一老人 60 岁时将养老金 10 万元存入基金会，月利率 %， 他每个月取 成立差分方程计算他每年终另有多少钱？多少岁时将基金用完？假如想用到 1000 元作为生活费， 80 岁，问 60
岁时应存入多少钱？
剖析： (1) 假定 k 个月后另有 Ak 元，每个月取款 b 元，月利率为 r ，依据题意， 可每个月取款，
依据题意，成立以下的差分方程： Ak 1 aAk b ，此中 a = 1 + r (1)
每年终另有多少钱 , 即用差分方程给出 Ak 的值。
(2) 多少岁时将基金用完，何时 Ak 0 由（
1）可得：
A A ak b ak 1 k 0 r
若 An 0 ， b A0ra n an 1
时， A240
A0ra 240
(3) 若想用到 80 岁，即 n ＝(80-60)*12=240 0 ， b 240
1 a
利用 MATLAB 编程序剖析计算该差分方程模型，源程序以下： clear all close all clc
x0=100000;n=150;b=1000;r=; k=(0:n)'; y1=dai(x0,n,r,b); round([k,y1'])
function x=dai(x0,n,r,b) a=1+r; x=x0; for k=1:n x(k+1)=a*x(k)-b; end
(2) 用 MATLAB计算： A0=250000*^240-1)/^240 差分方程模型习题答案 2 / 8 思虑与深入： (2) ： 128 个月即 70 8 个月 将基金用完 (3) A0 = +005 ：若想用到 80 ， 60 存入万元。
2. 某人从 行 款 房， 若他今年初 款 10 万元，月利率 %，他每个月 1000 元。成立差分 方程 算他每年终欠 行多少 ，多少 才能 清？假如要 10 年 清，每个月需 多少？
剖析： 第 k 个月底他欠 行的 k+1 个月底欠 行的 x（ k），月利率 r ，且 a=1+r ，b 每个月 的 。 第 x(k+1)=a*x(k)+b ， a=1+r ， b=-1000 ， k=0， 1， 2⋯ 在 r= 及 x0=100000 代入，用 MATLAB 算得 果。
第五章 差分方程模型
第五章 差分方程模型在第四章中，我们利用微分方程方法研究了一些连续变化的变量。
如果将变量离散化，即可得到相应的差分方程模型，为了方便不熟悉差分方程的读者，先对本章用到的差分方程的知识作一简略介绍。
5.1差分方程简介一、差分方程及其通解以t 表示时间，规定t 只取非负整数。
0=t 表示第一周期初，1=t 表示第二周期初等。
记t y 为变量y 在时刻t 时的取值，则称t t t y y y -=∆+1为的一阶差分，称t t t t t t t y y y y y y y +-=∆-∆=∆∆=∆+++12122)(为y t 的二阶差分。
类似地，可以定义y t 的n 阶差分t n y ∆。
由t 、t y 及t y 的差分给出的方程称为t y 差分方程，其中含t y 的最高阶差分的阶数称为该差分方程的阶。
差分方程也可以写成不显含差分的形式。
例如，二阶差分方程02=+∆+∆t t t y y y 也可改写成012=+-++t t t y y y 。
满足差分方程的序列t y 称为此差分方程的解。
类似于微分方程情况，若解中含有的独立常数的个数等于差分方程的阶数时，则称此解为该差分方程的通解。
若解中不含任意常数，则称此解为满足某些初值条件的特解，例如，考察两阶差分方程： 02=++t t y y 易见t y t 2sin π=与t y t 2cos π=均是它的特解，而t c t c y t 2cos 2sin 21ππ+=则为它的通解，其中1c ，2c 为两个任意常数。
类似于微分方程，称差分方程)()()()(110t b y t a y t a y t a t n n t n t =+++-++ （1） 为n 阶线性差分方程，当0)(≠t b 时称其为n 阶非齐次线性差分方程，而0)()()(110=+++-++t n n t n t y t a y t a y t a （2） 称为方程（1）对应的齐次线性差分方程。
差分方程的求解方法及其应用
差分方程的求解方法及其应用差分方程是数学中一个比较重要的分支，用于描述离散化的动态系统和过程，广泛应用于物理、工程、生态、经济、金融等领域。
通过离散化，可以将连续的问题转化为离散的数值计算问题，从而可以用计算机进行求解。
本文将介绍差分方程的求解方法及其应用，希望能够对读者有所帮助。
一、差分方程的定义差分方程是指包含有未知函数的离散变量的函数方程。
通俗的说，就是说差分方程用来描述离散的数学模型。
一般的差分方程可以写成如下形式：$$y_{n+1} = f(y_n, y_{n-1}, \cdots, y_{n-k+1}, n)$$其中，$y_n$ 是未知函数在 $n$ 时刻的值，$f$ 是一个给定的函数，$k$ 是差分方程中自变量的个数。
当 $k=1$ 时，常常称为一阶差分方程，如下所示：$$y_{n+1} = f(y_n, n)$$此外还有二阶、三阶等高阶差分方程。
差分方程与微分方程相似，都是用来描述某种动态系统的变化规律，只是微分方程是描述连续变化的模型，而差分方程是描述离散变化的模型。
二、差分方程的求解方法差分方程的求解方法可以分为两类，一类是解析解法，即用数学公式直接求解；另一类是数值解法，即用计算机进行数值计算求解。
1. 解析解法对于一些特殊的差分方程，可以用解析解法求出解析解。
解析解法就是通过数学公式直接求解，得到函数在论域上的解析表达式，从而可以对解析表达式进行分析求得有关该函数的很多重要信息。
以一阶线性差分方程为例，即：$$y_{n+1} = ay_n + b, \ \ (n=0,1,2,\cdots)$$其中 $y_0$ 是已知值， $a$ 和 $b$ 是常数。
可以通过数学公式得到该差分方程的解析解：$$y_n = a^ny_0 + b\frac{a^n-1}{a-1}, \ \ (n=0,1,2,\cdots)$$其它的高阶差分方程可以运用代数学、矩阵论、微积分等方法求解。
2. 数值解法数值解法是一种通过数值计算来求解差分方程的方法。
差分方程、滞后运算
从模型可知，如果 1 条件满 足，在极限情况下，累积脉冲响应函 1 数就等于 。 1 无论是脉冲响应函数还是累积脉 冲响应函数，其根本特性都由一阶滞 后项系数 决定。
图2.3(a)
0.8 0.4 0.0 -0.4 -0.8 0 5
(a)
0.3
10
15
20
图2.3(b)
0.8 0.4 0.0 -0.4 -0.8 0 5
(e)
0.8
图2.3(f)
40 30 20 10 0 -10 -20 -30 -40 0 5 10 15 20
(f) 1.2
图2-3非常清晰地显示出，不同的 取值，对应的脉冲响应函数图表现非常 不同。归纳来说： 在 0 1 的情况下，如(a)和(b)情 形，体现在脉冲响应函数中的动态乘数 随时间跨度j的增加而呈现几何式递减并 最终趋近于0的趋势。
3
yt yt 1 t
图2.1 美国CPI环比通胀率
16 U.S. CPI Inflation 12
8 % 4
0
-4
1950
1960
1970
1980
1990
2000
2010
1948年1季度-2010年3季度
原始数据来源：Fred Data, Federal Reserve Bank of St. Louis，经 作者计算。
图2.2（c）
1 0 -1 -2 -3 5 10 15 20 25 30
12
yt yt 1 t
图2.2（d）
0 -50 -100 -150 -200 5 10 15 20 25 30
13
yt 1.2 yt -1 -2 5 10 15 20 25 30