分数阶对流扩散方程的新型特征差分及分数阶扩散问题的快速算法

来源 :西北大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:jyjcccc
下载到本地 , 更方便阅读
声明 : 本文档内容版权归属内容提供方 , 如果您对本文有版权争议 , 可与客服联系进行内容授权或下架
论文部分内容阅读
分数阶微积分在数学和物理领域中有着广泛的应用。因而,分数阶偏微分方程的数值解法已成为人们关心的焦点。本文主要研究了空间分数阶扩散方程的数值解法,共分为四章。   在第一章中,首先给出了二阶对流扩散方程采用线性插值的新型特征差分格式的无穷模误差估计,通过误差分析和数值算例证明了这种格式为二阶格式,收敛阶为O(△t2+h2)。然后将新型特征差分法与空间外推相结合,给出了一类空间分数阶对流扩散方程的新型特征差分格式。其中,新型特征法用以提高时间收敛阶,空间外推用以提高空间收敛阶。最后给出了具体的数值算例。通过数值算例证明我们得到了求解空间分数阶对流扩散方程的二阶方法。   在第二章中,我们给出了如下非稳态空间分数阶扩散方程:{(e)u/(e)t-(e)/(e)x(K(x,t(e)1-βu/(e)|x|1-β)f(x,t),a<x<b,0≤t≤Tυ(a,t)=υ(b,t)=0,0≤t≤Tu(x,t=0)=u0(x),a<x<b的有限体积法,为确保有限体积法的优势,我们采用Crank-Nicolson方法得到有限体积格式。根据系数矩阵的性质,给出了系数矩阵的O(N)有效存储。并将系数矩阵进行分裂,使得左端变成比较狭窄的带状矩阵,右端利用求解循环阵和向量的乘积的快速Fourier变换方法,得到一个O(Nlog4N)的快速算法。数值算例表明,与传统的计算格式作比较,我们的方法不仅在精度上有所改善,而且大大提高了计算效率。   在第三章中,我们给出如下稳态空间分数阶扩散方程:{-d+(x)(e)αu(x)/(e)+xα-d-(x)(e)αu(x)/(e)-xα=f(x),a<x<bu(a)=u(b)=0的有限差分格式,根据系数矩阵的性质,给出了系数矩阵的O(N)有效存储,并利用矩阵分裂的思想及第二章给出的快速计算方法,提出一种新的迭代法,logN对角线迭代法。并且给出数值试验,将新的迭代法与Jacobi迭代法相比较。数值算例表明,新的迭代法大大的提高了计算效率。   在第四章中,我们给出了全文的总结。
其他文献
论文主要致力于两个问题的研究:具有脉冲项和非局部初始条件的奇异积分方程解的存在性;α范数上半线性分数阶发展方程Cauchy问题温性解的整体存在性.全文包含四章:   第一
投影收缩算法是求解变分不等式的一类重要算法。本文在现有投影收缩算法的基础上提出了两种新的算法,新算法是通过两次投影实现的,且在算子是单调的情况下便可证明其收敛性。
多维标度问题与方法主要是对不同对象之间的相似性数据进行分析,从这些数据中发现其隐藏的内部规律并进行科学决策。它在分类学、管理学、经济学、测地学、地理学、遗传学、心
非齐次泊松过程(NHPP)类模型是用非齐次泊松过程来描述软件的失效过程,用来评价软件当前可靠性,预测可靠性随时间变化的趋势,其应用简单,拟合效果良好,是应用最广的一类模型。但由
人类活动已导致大气CO2浓度急剧增加,引起温室效应和气候变化,严重影响人类自身的生产生活,危害极大。因此,有效地减少碳源,增加碳汇,削减大气中的CO2浓度已成为当务之急。我