KdV-Burgers方程的一类新本性并行差分格式北大核心CSCD

KdV-Burgers方程作为湍流规范方程,具有深刻的物理背景,其快速数值解法具有重要的实际应用价值.针对KdV-Burgers方程,提出了一种新型的并行差分格式.基于交替分段技术,结合经典Crank-Nicolson(C-N)格式、显格式和隐格式,构造了混合交替分段Crank-Nicolson(MASC-N)差分格式.理论分析表明MASC-N格式是唯一可解、线性绝对稳定和二阶收敛的.数值试验表明,MASC-N格式比C-N格式具有更高的精度和效率.与ASE-I和ASC-N差分格式相比,MASC-N并行差分格式有最好的性能.表明该文的MASC-N并行差分方法能有效地求解KdV-Burgers方程.     

Burgers-Fisher方程改进的交替分段Crank-Nicolson并行差分方法

Burgers-Fisher方程在气体动力学,热传导,弹性力学等领域有着广泛的应用,其快速数值解法具有重要的科学意义和工程应用价值.文中提出Burgers-Fisher方程改进的交替分段Crank-Nicolson(IASC-N)并行差分方法. IASC-N格式的构造是基于交替分段技术,将古典显式格式,隐式格式和Crank-Nicolson(C-N)格式恰当组合.理论分析了IASC-N并行差分格式解的存在唯一性,稳定性和收敛性.数值试验表明IASC-N并行差分格式线性绝对稳定,具有时间和空间二阶精度.相比串行C-N格式, IASC-N格式的计算时间能节省大约40%.说明IASC-N并行差分方法对于求解Burgers-Fisher方程是高效的.     

间断初始条件的抛物型方程Crank-Nicolson型外推法的数值色散性分析

正1引言典型的抛物型偏微分方程(如热传导方程)的有限差分方法目前已堪称完善,例如显格式,全隐格式,C-N方法等.前两者对时间变量只有一阶精度,而C-N方法的收敛阶为O(τ~2+h~2),且绝对稳定.但求解间断初始条件的抛物型方程初边值问题时,C-N法却呈现较强的数值色散性效应[1],即在间断附近出现虚假震荡.C-N方法的这一性质已经不能用稳定性,收敛性等传统的有限差分法的性质所描述,而涉及到了差分格式的内在微观特     

一类非自共轭非线性Schrodinger方程的三层差分格式

本文对一类非自共轭非线性Schrodinger方程提出了一种三层差分格式,并证明了该格式的收敛性与稳定性.这种格式不需叠代,故计算速度比C-N格式快,数值计算结果表明,该格式是有效的和可靠的.     

一类非自共轭非线性Schrödinger方程的三层差分格式

本文对一类非自共轭非线性Schrodinger方程提出了一种三层差分格式,并证明了该格式的收敛性与稳定性.这种格式不需叠代,故计算速度比C-N格式快,数值计算结果表明,该格式是有效的和可靠的.     

一类非自共轭非线性Schrdinger方程的三层差分格式

本文对一类非自共轭非线性Schr(?)dinger方程提出了一种三层差分格式,井证明了该格式的收敛性与稳定性.这种格式不需叠代,故计算速度比C-N格式快,数值计算结果表明,该格式是有效的和可靠的.     

时间分数阶期权定价模型的一类有效差分方法

时间分数阶期权定价模型(时间分数阶Black-Scholes方程)数值解法的研究具有重要的理论意义和实际应用价值.对时间分数阶Black-Scholes方程构造了显-隐格式和隐-显差分格式,讨论了两类格式解的存在唯一性,稳定性和收敛性.理论分析证实,显-隐格式和隐-显格式均为无条件稳定和收敛的,两种格式具有相同的计算量.数值试验表明:显-隐和隐-显格式的计算精度与经典Crank-Nicolson(C-N)格式的计算精度相当,其计算效率(计算时间)比C-N格式提高30%.数值试验验证了理论分析,表明本文的显-隐和隐-显差分方法对求解时间分数阶期权定价模型是高效的,证实了时间分数阶Black-Scholes方程更符合实际金融市场.     

一类Sobolev方程无条件稳定的有限差分格式

本文考虑下列非线性Sobolev方程的周期初值问题:其中J=[o,T](T>o).a,c是x的1一周期函数,α、β、γ关于x是1一周期的.当a,c,a,,B和,为光滑函数时,可得(1)的光滑解存在(见文【1D.文【2〕研究了(1)的谱方法,文(3)研究了C-N差分格式,其差分方程为非线性方程组,难以求解.本文考     

解抛物型方程的一族高精度隐式差分格式

构造了求解一维抛物型方程的一族高精度隐式差分格式.首先,推导了抛物型方程解的一阶偏导数在特殊节点处的一个差分近似式,利用该差分近似式和二阶中心差商近似式用待定系数法构造了一族隐式差分格式,通过选取适当的参数使格式具有高阶截断误差;然后,利用Fourier分析法证明了当r大于1/6时,差分格式是稳定的.最后,通过数值试验将差分格式的解与具有同样精度的其它差分格式的解和精确解进行了比较,并比较了差分格式与经典差分格式的计算效率.结果说明了差分格式的有效性.     

Crank-Nicolson格式截断误差的一个注记

从算术平均和Taylor展式、梯形公式和中矩形公式这两个角度出发,对有限差分法的Crank-Nicolson(C-N)格式截断误差进行了新的解读,推导角度和过程让学生更能接受其误差为O(k~2)+O(h~2),而不是O(k)+O(h~2).本文的思路对学生理解C-N格式的误差,并进一步将思想推广到其他数值格式具有借鉴作用.     

对流占优的Sobolev方程的投影稳定化有限元方法

对于对流占优的Sobolev方程,提出了一种新的投影稳定化有限元方法,建立了半离散和全离散的投影稳定化格式,给出了解的稳定性和收敛性分析.该方法能够有效克服对流占优,与内罚方法相比,投影格式更简单,计算量更小,且得到的C—N格式是无条件稳定的,时间精度达到了二阶.最后,通过实验证明,数值结果与理论结果完全一致.     

规定水平下重置期权的有限差分解

利用Black—Scholes偏微分方程,结合重置期权与关卡期权的关系,建立了规定水平下的重置期权定价模型,最后运用C—N格式和θ法构造该模型的有限差分格式．     

A novel method for nonlinear fractional partial differential equations: Combination of DTM and generalized Taylor's formula

In this article, a novel numerical method is proposed for nonlinear partial differential equations with space- and time-fractional derivatives. This method is based on the two-dimensional differential transform method (DTM) and generalized Taylor's formula. The fractional derivatives are considered in the Caputo sense. Several illustrative examples are given to demonstrate the effectiveness of the present method. Results obtained using the scheme presented here agree well with the analytical solutions and the numerical results presented elsewhere. Results also show that the numerical scheme is very effective and convenient for solving nonlinear partial differential equations of fractional order.     

求解二阶波动方程的三次样条差分方法

有限差分法在求解二阶波动方程初边值问题过程中通常受到精度和稳定性的限制.本文对二阶波动方程的时间、空间项分别采用三次样条公式进行离散,推导出精度分别为O(τ2+h2),0(τ2+h4),O(τ4+h2)和O(τ4+h4)的四种三层隐式差分格式,以及与之相匹配的第一个时间步的同阶离散格式,并采用Fourier方法分析了格...     

Numeric solution of advection–diffusion equations by a discrete time random walk scheme

Explicit numerical finite difference schemes for partial differential equations are well known to be easy to implement but they are particularly problematic for solving equations whose solutions admit shocks, blowups, and discontinuities. Here we present an explicit numerical scheme for solving nonlinear advection–diffusion equations admitting shock solutions that is both easy to implement and stable. The numerical scheme is obtained by considering the continuum limit of a discrete time and space stochastic process for nonlinear advection–diffusion. The stochastic process is well posed and this guarantees the stability of the scheme. Several examples are provided to highlight the importance of the formulation of the stochastic process in obtaining a stable and accurate numerical scheme.     

一类变系数微分方程差分格式的收敛性(英文)

本文首先对一类变系数微分方程建立有限差分格式.然后利用矩阵的特征值和范数理论,讨论该格式解的收敛性和唯一性.通过数值算例,说明该格式既有效又便于模拟.并且文中所用方法还能用于高阶微分方程和某些非线性微分方程问题的研究.     

Further Accurate Representations of Partial Differential Equations by Finite-difference Methods

A fourth-order finite-difference scheme recently introducedfor the solution of second-order partial differential equationsis developed. The resulting scheme retains all the advantagesof the original, but is more satisfactory in that the simultaneousalgebraic equations to be solved are more amenable to solutionby numerical techniques in many cases. Some numerical solutionsof the Navier-Stokes equations are considered.     

Numerical treatment for nonlinear Brusselator chemical model

Nowadays, numerical models have great importance in every field of science, especially for solving the nonlinear differential equations, partial differential equations, biochemical reactions, etc. The total time evolution of the reactant species which interacts with other species is simulated by the Runge-Kutta of order four (RK4) and by Non-Standard finite difference (NSFD) method. A NSFD model has been constructed for the biochemical reaction problem and numerical experiments are performed for different values of discretization parameter h. The results are compared with the well-known numerical scheme, i.e. RK4. The developed scheme NSFD gives better results than RK4.     

一类反应扩散方程组的保持正性的差分格式

本文研究一类具有正解的反应扩散方程组的有限差分解法.构造了一个保持正性的差分格式.利用离散的最大值原理证明了差分格式解的非负性,有界性及差分格式的无条件稳定性.这些估计的证明不依赖于微分方程的解而仅仅与初边值条件有关.当微分方程的解适当光滑时,证明了差分格式的一致收敛性.最后给出了数值计算结果,并与以往方法进行了比较.计算结果说明了本文给出的方法的有效性.     

Numerical solution of first‐order hyperbolic partial differential‐difference equation with shift

In this article, we continue the numerical study of hyperbolic partial differential‐difference equation that was initiated in (Sharma and Singh, Appl Math Comput 9 ). In Sharma and Singh, the authors consider the problem with sufficiently small shift arguments. The term negative shift and positive shift are used for delay and advance arguments, respectively. Here, we propose a numerical scheme that works nicely irrespective of the size of shift arguments. In this article, we consider hyperbolic partial differential‐difference equation with negative or positive shift and present a numerical scheme based on the finite difference method for solving such type of initial and boundary value problems. The proposed numerical scheme is analyzed for stability and convergence in L^∞ norm. Finally, some test examples are given to validate convergence, the computational efficiency of the numerical scheme and the effect of shift arguments on the solution.© 2009 Wiley Periodicals, Inc. Numer Methods Partial Differential Eq, 2010