Python的波浪模拟

Question

我想在三维空间中模拟一些具有吸收和反射的传播波。我想用python做。我应该使用numpy吗？我应该使用一些特殊的库吗？

我该如何模拟波浪？我可以使用波动方程吗？但是，如果我有反思怎么办？ 有更好的方法吗？我应该用矢量吗？但是当光线发散时，强度会降低。困难的。

提前致谢。

Answer 1

如果你在Python中进行任何计算密集型数值模拟，你应该肯定使用NumPy。

在任意形状材料中模拟电磁波的最通用算法是finite-difference time domain method（FDTD）。它在3-D晶格上一次一个地解决波动方程。但是，对自己编程非常复杂，而且使用Meep等专用软件包可能会更好。

有关于如何编写自己的FDTD模拟的书籍：here's one，here's包含一维FDTD代码的文档以及超过1维的解释，以及Google搜索“{{3 “会找到更多相同的东西。

您也可以通过假设所有波都是平面波来解决问题，然后您可以使用向量和writing FDTD。或者，如果要对从平面或曲面传输和反射的高斯光束建模，可以使用ABCD矩阵形式（也称为Fresnel equations）。这考虑了光束的发散。

Answer 2

如果您要解决3D自定义PDE，我建议至少查看FiPy。它将为您省去从头开始构建大量矩阵调节器和求解器的麻烦。它使用numpy和/或trilinos。以下是一些examples。

Answer 3

我建议您使用我的项目GarlicSim作为构建模拟的框架。您仍然需要自己编写算法，可能是在Numpy中，但GarlicSim可以为您节省大量样板，并允许您以灵活的方式探索模拟结果，类似于版本控制系统。

Answer 4

不要使用Python。我已经尝试过将它用于计算成本高昂的东西，但事实并非如此。

如果您需要在Python程序中模拟wave，请在C / C ++中编写必要的代码并将其导出到Python。 以下是C API的链接：http://docs.python.org/c-api/
请注意，它不是世界上最简单的API：）