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#include<iostream>
#include<fstream>
#include<cstdlib>
#include<cmath>
#include<ctime>
using namespace std;
/******************************************************************/
/******************************************************************/
//Definimos una clase Esfera para facilitar el codigo.
class cEsfera
{
public:
double x, y, z, radio;
void ColocaEsfera(double& pos_x, double& pos_y, double& pos_z, double& r);
};
void cEsfera::ColocaEsfera(double& pos_x, double& pos_y, double& pos_z, double& r)
{
x=pos_x;
y=pos_y;
z=pos_z;
radio=r;
return;
}
/******************************************************************/
/******************************************************************/
//Constantes globales:
const unsigned short int NGR=400; //divisiones en g(r)
double radio; //radio particulas
const double DeltaMueve=0.1; //vibracion particulas (equivalente a energia termica)
const unsigned short int N=125; //numero de particulas
double Distancia[N][N]; //matriz donde guardamos distancia entre particulas
cEsfera esfera [N];
#define archivo "Valores_GR.dat"
#define archivo_posiciones "posiciones.dat"
void IniciaSistema();
void MueveEsfera();
void CondicionesDeFrontera(unsigned short int& i);
void CalculaGR(double GR[NGR], double& deltaGR);
/**********************//////////////////////**********************/
/**********************//////////////////////**********************/
int main()
{
unsigned short int i,j,k;
unsigned long int t,PMC=10000;
const double pi=4.*atan(1.);
double t1,t2,GR[NGR],fracvol,r,deltaGR;
ofstream fich, fich2;
srand(time(NULL));
fich.open(archivo);
fich2.open(archivo_posiciones);
for(i=1;i<=4;i++)
{
t1=clock();
if(i==1){fracvol=0.05; radio=pow(3.*fracvol/(4.*pi*N),1./3.); deltaGR=6.*radio/NGR; cout<<"fracvol = "<<fracvol<<" ----- radio particulas = "<<radio<<endl;}
if(i==2){fracvol=0.10; radio=pow(3.*fracvol/(4.*pi*N),1./3.); deltaGR=6.*radio/NGR; cout<<"fracvol = "<<fracvol<<" ----- radio particulas = "<<radio<<endl;}
if(i==3){fracvol=0.20; radio=pow(3.*fracvol/(4.*pi*N),1./3.); deltaGR=6.*radio/NGR; cout<<"fracvol = "<<fracvol<<" ----- radio particulas = "<<radio<<endl;}
if(i==4){fracvol=0.30; radio=pow(3.*fracvol/(4.*pi*N),1./3.); deltaGR=6.*radio/NGR; cout<<"fracvol = "<<fracvol<<" ----- radio particulas = "<<radio<<endl;}
//Iniciamos el sistema colocando las particulas en lugares aleatorios (sin superposicion)
cout<<"Iniciando sistema..."<<endl<<endl;
IniciaSistema();
for(j=0;j<NGR;j++) GR[j]=0;
cout<<"||Sistema Iniciado||"<<endl<<endl;
//Evolucionamos sistema moviendo aleatoriamente las particulas.
//Cada 4*N iteraciones, calculamos la funcion g(r).
cout<<"Evolucionando sistema..."<<endl;
for(t=1;t<=PMC;t++)
{
for(k=1;k<=4.*N;k++)
{
MueveEsfera();
}
CalculaGR(GR,deltaGR);
// Escribimos en fichero las posiciones de las esferas despues de 4N iteraciones
for(k=1;k<N;k++){fich2<<esfera[k].x<<" "<<esfera[k].y<<" "<<esfera[k].z<<endl;}
fich2<<endl<<endl;
if (10*t%PMC) {cout<<<<endl;}
}
cout<<"||Sistema Finalizado||"<<endl;
//calculamos promedio de g(r) y escribimos en fichero
for(j=1;j<NGR;j++)
{
r=j*deltaGR;
fich<<r/radio<<" "<<GR[j]/(4.*pi*r*r*deltaGR*N*N*PMC)<<endl;
}
fich<<endl<<endl;
//Mostramos por pantalla el tiempo de ejecucion de cada sistema
//y emitimos un sonido para percatarnos de ello.
t2=clock();
cout<<"\a";
cout<<"\n\nTiempo de ejecucion: "<<(double)(t2-t1)/(CLOCKS_PER_SEC)<<endl;
cout<<"-----------------------------------------------------------"<<endl;
}
fich.close();
fich2.close();
return 0;
}
////////////////////////////////////////////////////////////////////
////////////////////////////////////////////////////////////////////
void IniciaSistema()
{
unsigned short int i,j;
double x,y,z,dist_x,dist_y,dist_z,distancia_con_imagen;
bool solapan;
for(i=0;i<N;i++)
{
do
{
solapan=false;
//Colocamos una esfera en la posicion (x,y,z) aleatoriamente
x=rand()/double(RAND_MAX);
y=rand()/double(RAND_MAX);
z=rand()/double(RAND_MAX);
esfera[i].ColocaEsfera(x,y,z,radio);
//Comprobamos si la esfera nueva ha solapado con alguna de las anteriores. En ese caso, la colocamos en otro punto.
//Debemos tener en cuenta las imagenes de las esferas situadas fuera del sistema. Es por ello que restamos o sumamos
// 1 a la distancia entre esferas. (Estamos buscando la distancia minima entre esferas i,j).
for(j=0;j<i;j++)
{
dist_x=esfera[j].x - esfera[i].x;
if(dist_x > 0.5) dist_x= dist_x - 1.0; //queda una distancia negativa
if(dist_x < -0.5) dist_x= dist_x + 1.0; //queda una distancia positiva
dist_y=esfera[j].y - esfera[i].y;
if(dist_y > 0.5) dist_y= dist_y - 1.0; //queda una distancia negativa
if(dist_y < -0.5) dist_y= dist_y + 1.0; //queda una distancia positiva
dist_z=esfera[j].z - esfera[i].z;
if(dist_z > 0.5) dist_z= dist_z - 1.0; //queda una distancia negativa
if(dist_z < -0.5) dist_z= dist_z + 1.0; //queda una distancia positiva
distancia_con_imagen = dist_x*dist_x + dist_y*dist_y + dist_z*dist_z;
//Si solapan volvera a intentarlo.
if(distancia_con_imagen <= 4.*radio*radio) solapan=true;
//Si no lo hace, guardo la distancia entre la esfera i y la j.
else Distancia[i][j]=distancia_con_imagen;
}
}while(solapan==true);
}
return;
}
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void MueveEsfera()
{
unsigned short int i,k;
bool solapan;
double auxX,auxY,auxZ,dist_x,dist_y,dist_z,aux[N];
//Escogemos aleatoriamente la esfera que vamos a mover aleatoriamente
i=rand()%N;
//Partimos de la suposicion de que no solapan y guardamos
//la posicion por si acaso solapan despues del movimiento.
solapan=false;
auxX=esfera[i].x;
auxY=esfera[i].y;
auxZ=esfera[i].z;
esfera[i].x+=DeltaMueve*(1.-rand()/(RAND_MAX*0.5));
esfera[i].y+=DeltaMueve*(1.-rand()/(RAND_MAX*0.5));
esfera[i].z+=DeltaMueve*(1.-rand()/(RAND_MAX*0.5));
CondicionesDeFrontera(i);
//Comprobamos si la esfera, despues del movimiento, ha solapado con otra. En ese caso, volvemos al estado inicial y movemos de nuevo
k=0;
do
{
//No se compara la esfera consigo misma
if(i!=k)
{
//Calculamos las nuevas distancias respecto a la esfera que hemos movido
dist_x=esfera[k].x - esfera[i].x;
if(dist_x > 0.5) dist_x= dist_x - 1.0;
if(dist_x < -0.5) dist_x= dist_x + 1.0;
dist_y=esfera[k].y - esfera[i].y;
if(dist_y > 0.5) dist_y= dist_y - 1.0;
if(dist_y < -0.5) dist_y= dist_y + 1.0;
dist_z=esfera[k].z - esfera[i].z;
if(dist_z > 0.5) dist_z= dist_z - 1.0;
if(dist_z < -0.5) dist_z= dist_z + 1.0;
aux[k] = dist_x*dist_x + dist_y*dist_y + dist_z*dist_z;
//En caso de que haya solapado, volvemos a situar la esfera
//movida en su posicion inicial.
if(aux[k] <= 4.*radio*radio)
{
solapan=true;
esfera[i].x=auxX;
esfera[i].y=auxY;
esfera[i].z=auxZ;
}
}
k++;
}while((solapan==false)&&(k<N));
//Si la particula desplazada no ha solapado con las demas,
//guardamos las distancias nuevas en la matriz.
if(solapan==false)
{
for(k=0;k<N;k++)
{
//Cambiamos el orden, pues la matriz es simetrica,
//por tanto solo estamos usando la mitad de abajo
//de la matriz.
if(k<i) Distancia[i][k]=aux[k];
if(k>i) Distancia[k][i]=aux[k];
}
}
return;
}
////////////////////////////////////////////////////////////////////
////////////////////////////////////////////////////////////////////
void CondicionesDeFrontera(unsigned short int& i)
{
//Condiciones para que si la esfera sobrepasa el sistema, vuelva por el otro lado
//Borde de atras/delante
if(esfera[i].x < 0) esfera[i].x+=1.;
if(esfera[i].x > 1.) esfera[i].x-=1.;
//Borde de derecha/izquierda
if(esfera[i].y > 1.) esfera[i].y-=1.;
if(esfera[i].y < 0) esfera[i].y+=1.;
//Borde de abajo/arriba
if(esfera[i].z < 0) esfera[i].z+=1.;
if(esfera[i].z > 1.) esfera[i].z-=1.;
return;
}
////////////////////////////////////////////////////////////////////
////////////////////////////////////////////////////////////////////
void CalculaGR(double GR[NGR], double& deltaGR)
{
unsigned short int i,j,k;
unsigned int num;
double r, rdr;
//Bucle para movernos en g(r)
for(j=1;j<NGR;j++)
{
r=j*deltaGR;
rdr=r+deltaGR;
num=0;
//En vez de centrarnos en todas las particulas, lo hacemos solo
//en la mitad de ellas, pues centrarnos en 1 y decir que 2 esta
//dentro es lo mismo que centrarnos en 2 y decir que 1 esta dentro.
//Por ello contamos de dos en dos.
for(i=0;i<N;i++)
for(k=0;k<i;k++)
{
if((Distancia[i][k] >= r*r)&&(Distancia[i][k] < rdr*rdr)) {num=num+2;}
}
//Sumo las g(r) de cada particula (luego haremos el promedio)
GR[j]+=num;
}
return;
}