python - 我的代码在超过 15500 次迭代时突然停止编写

问题描述

我正在研究如何用 Python 编写代码，并且正在尝试重新创建我在大学时编写的代码。

该代码基于应用于流行病学的 2D Ising 模型。它的作用是：

它使用 numpy 构造一个 2D 100x100 数组，并为每个元素分配一个值 -1。
calc_h能量是根据下面脚本中的函数计算的。
然后，代码从晶格中随机选择一个单元，将值更改为 1，然后再次计算系统的能量。
然后，代码比较系统的能量是否小于或等于先前的配置。如果是，它“接受”更改。如果不是，则将概率与随机数进行比较以确定更改是否被“接受”。这部分在metropolis函数中完成。
代码使用 while 循环重复该过程，直到达到指定的最大迭代次数max_iterations。- 代码计算函数中具有 -1 值（即s变量）的元素数量和具有 1 值（即i变量）的元素数量countSI。该脚本每 500 次迭代附加到一个文本文件。

问题

我运行了脚本，除了执行时间太长外，计数停止在 15500。代码没有抛出任何错误，但它一直在继续。我等了大约 3 个小时才完成，但它仍然只能进行 15500 次迭代。

我尝试将写入 csv 块的内容注释掉，而是先打印值以观察它的发生情况，然后我看到，它再次停在 15500 处。

我不知道出了什么问题，因为它不会引发任何错误，而且代码也不会停止。

这是整个脚本。我在每个块下面描述了该部分的作用：

import numpy as np
import random as r
import math as m
import csv

init_size = input("Input array size: ")
size = int(init_size)

这部分初始化二维数组的大小。出于观察目的，我选择了一个 100 x 100 的格子。

def check_overflow(indx, size):
    if indx == size - 1:
        return -indx
    else:
        return 1

我使用这个函数calc_h来初始化一个圆形边界条件。简单地说，晶格的边缘是相互连接的。

def calc_h(pop, J1, size):
    h_sum = 0
    r = 0
    c = 0

    while r < size:
        buffr = check_overflow(r, size)
        while c < size:
            buffc = check_overflow(c, size)
            h_sum = h_sum + J1*pop[r,c] * pop[r,c-1] * pop[r-1,c] * pop[r+buffr,c] * pop[r,c+buffc]
            c = c + 1
        c = 0
        r = r + 1

    return h_sum

此函数通过将单元格的值与其顶部、底部、左侧和右侧邻居的乘积之和乘以一个常数来计算系统的能量J。

def metropolis(h, h0, T_):
    if h <= h0:
        return 1
    else:
        rand_h = r.random()
        p = m.exp(-(h - h0)/T_)
        if rand_h <= p:
            return 1
        else:
            return 0

这决定是否接受从 -1 到 1 的更改，具体取决于calc_h得到的内容。

def countSI(pop, sz, iter):
    s = np.count_nonzero(pop == -1)
    i = np.count_nonzero(pop == 1)
    row = [iter, s, i]
    with open('data.txt', 'a') as si_csv:
        tally_data = csv.writer(si_csv)
        tally_data.writerow(row)
        si_csv.seek(0)

这部分计算了晶格中 -1 和 1 的数量。

def main():
    J = 1 
    T = 4.0 
    max_iterations = 150000

    population = np.full((size, size), -1, np.int8) #initialize population array

二维数组在中初始化population。

    h_0 = calc_h(population, J, size)

    turn = 1
    while turn <= max_iterations:
        inf_x = r.randint(1,size) - 1
        inf_y = r.randint(1,size) - 1

        while population[inf_x,inf_y] == 1:
            inf_x = r.randint(1,size) - 1
            inf_y = r.randint(1,size) - 1

        population[inf_x, inf_y] = 1
        h = calc_h(population, J, size)

        accept_i = metropolis(h,h_0,T)

这是主循环，其中随机选择一个单元格，是否接受更改由函数确定metropolis。

        if (accept_i == 0):
            population[inf_x, inf_y] = -1

        if turn%500 == 0 :
            countSI(population, size, turn)

该脚本每 500 次迭代计数一次。

        turn = turn + 1
        h_0 = h

main()

预期的输出是一个文本文件，其中包含每 500 次迭代的s次数i。看起来像这样的东西：

500,9736,264
1000,9472,528
1500,9197,803
2000,8913,1087
2500,8611,1389
3000,8292,1708
3500,7968,2032
4000,7643,2357
4500,7312,2688
5000,6960,3040
5500,6613,3387
6000,6257,3743
6500,5913,4087
7000,5570,4430
7500,5212,4788

我不知道从哪里开始解决方案。起初，我认为是对 csv 的写入导致了问题，但通过 print 函数进行探测证明并非如此。我尽量让它简洁。

我希望你们能帮忙！我真的很想学习这门语言并开始模拟很多东西，我认为这个迷你项目对我来说是一个很好的开始。

非常感谢！

标签： pythonpython-3.xwhile-loop

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