基于量子并行粒子群优化算法的分数阶混沌系统参数估计

分数阶混沌系统参数估计的本质是多维参数优化问题, 其对于实现分数阶混沌控制与同步至关重要. 提出一种基于量子并行特性的粒子群优化新算法, 用于解决分数阶混沌的系统参数估计问题. 利用量子计算的并行特性, 设计出了一种新的量子编码, 使每代运算的可计算次数呈指数增加. 在此基础上, 构建了由量子当前旋转角、个体最优旋转角和全局最优旋转角共同组成的粒子演化方程, 以约束粒子在量子空间中的运动行为, 使算法的搜索能力得到了较大提高. 以分数阶Lorenz混沌系统和分数阶Chen混沌系统的参数估计为例, 进行了未知参数估计的数值仿真, 结果显示本算法具有良好的有效性、鲁棒性和通用性.     

基于分数阶最大相关熵算法的混沌时间序列预测

为提高最大相关熵算法对混沌时间序列的预测速度和精度,提出了一种新的分数阶最大相关熵算法.在采用最大相关熵准则的基础上,利用分数阶微分设计了一种新的权重更新方法.在alpha噪声环境下,采用新的分数阶最大相关熵算法对Mackey-Glass和Lorenz两类具有代表性的混沌时间序列进行预测,并分析了分数阶的阶数对混沌时间序列预测性能的影响.仿真结果表明:与最小均方算法、最大相关熵算法以及分数阶最小均方算法三类自适应滤波算法相比,所提分数阶最大相关熵算法在混沌时间序列预测中能够有效地抑制非高斯脉冲噪声干扰的影响,具有较快收的敛速度和较低的稳态误差.     

分数阶Oldroyd-B黏弹性Poiseuille流的Laplace数值反演分析

采用Laplace数值反演的Stehfest算法研究了分数阶Oldroyd-B粘弹性流体在两平板间非定常的Poiseuille流动问题.首先,通过数值解与近似解析解的比较验证了Stehfest算法的有效性.其次,运用Stehfest算法对平板Poiseuille流动进行了研究,揭示了分数阶黏弹性平板流的速度过冲和应力过冲现象,指出这些现象对分数导数的阶数存在明显的依赖性.同时,数值结果表明,整数阶本构方程仅仅是分数阶本构方程的特例,分数阶本构方程较整数阶本构方程具有更广泛的适用性。     

基于分数阶微分的消除局部强反射的孔径测量方法

针对视觉测量硬盘圆孔直径易受到圆孔周围高反光面强反射的影响而导致测量精度不高的问题,提出了一种基于分数阶微分的图像去噪声的处理方法。通过分数阶微分算法对相机采集的带有强反射、高反光的硬盘圆孔孔径图像进行处理,消除圆孔周围强反射表面等不相关信息对圆孔边缘提取带来的影响,通过实验分别与Prewitt、Soble、Laplacian算子进行比较,证明分数阶微分可有效减少所要分析的图像信息量,更好地增强圆孔边缘轮廓信息,可达到更好的视觉效果。对分数阶微分算法处理后的圆孔图像进行Canny边缘检测,提取出有效的圆孔边缘,利用最小二乘法对孔径边缘进行直径测量。实验结果表明:该文算法与其他算法相比,在保证精确提取孔径边缘信息的基础上,对圆孔周围的强反射面进行了抑制,误差控制在0.05 mm左右,保证了测量精度。     

基于最小二乘支持向量机的分数阶混沌系统控制

提出了基于最小二乘支持向量机(LS-SVM)的分数阶混沌系统控制方法.基于分数阶线性系统稳定理论,通过线性分离的方法将系统分解为稳定的线性部分和相应的非线性部分,再利用支持向量机良好的非线性函数逼近和泛化能力设计了主动控制器,对非线性部分进行补偿,从而将分数阶混沌系统控制到平衡点.分别以分数阶Liu系统和分数阶Chen系统为例进行了仿真研究,表明该方法是有效和可行的.     

时间分数阶Edwards-Wilkinson方程的标度行为研究

分别采用数值模拟和标度分析方法对1+1维时间分数阶Edwards-Wilkinson方程的标度行为进行研究.利用Caputo分数阶导数数值解求得的生长指数与采用直接标度分析方法得到的结果一致.     

分数阶混沌系统的Adomian分解法求解及其复杂性分析

根据分数阶微分定义,采用Adomian分解算法,研究了分数阶简化Lorenz系统的数值解.研究发现,该算法与预估-校正算法相比,求解结果更准确,所耗计算资源和内存资源更少,求解整数阶系统时较Runge-Kutta算法更准确;利用Adomian算法得到的分数阶简化Lorenz系统出现混沌的最小阶数为1.35,比利用预估-校正算法得到的最小阶2.79更小.采用相图、分岔图分析了该系统的动力学特性,基于谱熵算法(SE)和C0算法分析了该系统的复杂度.结果表明,复杂度结果和分岔图一致,说明系统的复杂度同样能反映出系统动力学特性;复杂度随阶数q的增加呈总体减小的趋势,而混沌态时系统参数c变化对系统复杂度影响不大.为分数阶混沌系统应用于信息加密、保密通信领域提供了理论与实验依据.     

基于反馈和多最小二乘支持向量机的分数阶混沌系统控制

根据分数阶线性系统的稳定理论,将混沌系统分成稳定的线性部分和相应的非线性部分.设计主动控制器,对非线性部分进行补偿,从而将分数阶混沌系统控制到平衡点.为了提高主动控制器的补偿能力,提出基于反馈的多最小二乘支持向量机(M-LS-SVM)拟合模型.通过减聚类方法将输入空间划分为一些小的局部空间,在每个局部空间中用LS-SVM建立子模型.为解决子模型相互之间的严重相关问题,提高模型的精度和鲁棒性,各个子模型的预测输出通过主元递归(PCR)方法连接.仿真实验表明该方法有助于提高补偿精度和系统响应指标. 关键词： 分数阶 混沌系统 多最小二乘支持向量机 反馈     

时间分数阶Boussinesq方程的李对称分析

本文利用李群分析方法研究了时间分数阶Boussinesq方程,得到了该方程的李点对称,并把该方程约化为Erdelyi-Kobe分数阶常微分方程. 本文的行文过程也说明了李群分析方法对于约化分数阶非线性发展方程是有效的. 关键词： 李对称分析方法 时间分数阶Boussinesq方程 广义Riemann-Liouville导数 Erdelyi-Kober微分算子     

分数阶Liu系统与分数阶统一系统中的混沌现象及二者的异结构同步

对近几年提出的Liu混沌系统和统一混沌系统，研究了其分数阶系统的混沌动力学行为，发现低于三阶的两系统均存在混沌吸引子，且存在混沌的最低阶数仅为0.3，并计算了存在混沌时系统的最大Lyapunov指数，证明了混沌的存在性；利用Active控制技术实现了分数阶Liu系统与分数阶Lorenz系统及分数阶Lü系统的异结构同步.理论分析及数值实验都证明了该同步方案的有效性. 关键词： 分数阶Liu系统 分数阶统一系统 混沌 异结构同步     

时间分数阶亚扩散方程的高阶差分方法

提出两差分格式求解时间分数阶亚扩散方程.两个格式都是绝对稳定的,收敛阶均为O(τ^q+h²),其中q(q=2-β或2)与方程解的光滑性有关,β(0 < β < 1)是分数阶导数的阶、τ和h分别是时间和空间方向步长.数值实验验证了理论结果的正确性,并与其他方法进行比较,显示了本文方法的有效性和精确性.     

间歇湍流的分数阶动力学

间歇湍流意味着湍流涡旋并不充满空间,其维数介于2和3之间.湍流扩散为超扩散,且概率密度分布具有长尾特征.本文将流体力学的Navier-Stokes(NS)方程中的黏性项用分数阶的拉普拉斯算子表达.分析表明,分数阶拉普拉斯的阶数α和间歇湍流的维数D相联系.对于均匀各向同性的Kolmogorov湍流α=2,即用整数阶NS方程描述.而对于间歇性湍流,一定用分数阶的NS方程来描述.对于Kolmogorov湍流,扩散方差正比于t3,即Richardson扩散.而对于间歇性湍流,扩散方差要比Richardson扩散更强.     

矩形肋片热沉(火积)耗散率最小与最大热阻最小构形优化的比较研究

针对矩形肋片热沉, 分别以最大热阻最小化和基于(火积)耗散定义的当量热阻最小化为优化目标, 采用二维传热模型并结合有限元数值仿真对其进行构形优化, 比较了两种目标下的热沉最优构形, 并分析了全局参数(综合了对流换热系数、肋片占据的总面积及其热导率的函数)和材料占比对两种目标(最大热阻、当量热阻)及其对应最优构形的影响. 结果表明: 热沉外形固定时, 两种目标下均不存在最优的肋片厚度; 热沉外形自由变化时, 两种目标下的最优构形存在一定的差异. 此外, 全局参数对两种目标下的最优构形均没有影响, 而材料占比对两种目标下的最优构形均有较大影响. 提高全局参数和材料占比均可以减小最大热阻最小值和当量热阻最小值, 但对两种目标的减小程度不同. 总体上, 调节热沉结构参数使当量热阻最小, 可以同时获得很好的局部极限性能; 而调节热沉结构参数使最大热阻最小, 获得的整体平均散热性能却较差. 因此, 对本文热沉模型进行优化时, 以当量热阻最小化为优化目标更合理.     

有限深两层流体中内孤立波造波实验及其理论模型

将置于大尺度密度分层水槽上下层流体中的两块垂直板反方向平推, 以基于 Miyata-Choi-Camassa (MCC)理论解的内孤立波诱导上下层流体中的层平均水平速度作为其运动速度, 发展了一种振幅可控的双推板内孤立波实验室造波方法. 在此基础上, 针对有限深两层流体中定态内孤立波 Korteweg-de Vries (KdV), 扩展KdV (eKdV), MCC和修改的Kdv (mKdV)理论的适用性条件等问题, 开展了系列实验研究.结果表明, 对以水深为基准定义的非线性参数ε 和色散参数μ, 存在一个临界色散参数μ₀, 当μ < μ₀ 时, KdV理论适用于ε ≤μ 的情况, eKdV理论适用于μ < ε ≤√μ 的情况, 而MCC理论适用于ε > √μ 的情况, 而且当μ ≥μ₀ 时MCC理论也是适用的.结果进一步表明, 当上下层流体深度比并不接近其临界值时, mKdV理论主要适用于内孤立波振幅接近其理论极限振幅的情况, 但这时MCC理论同样适用.本项研究定量地表征了四类内孤立波理论的适用性条件, 为采用何种理论来表征实际海洋中的内孤立波特征提供了理论依据. 关键词： 两层流体 内孤立波 双板造波 临界色散参数     

On the process of filtration of fractional viscoelastic liquid food

In the process of filtration, fluid impurities precipitate/accumulate; this results in an uneven inner wall of the filter, consequently leading to non-uniform suction/injection. The Riemannian–Liouville fractional derivative model is used to investigate viscoelastic incompressible liquid food flowing through a permeable plate and to generalize Fick’s law. Moreover, we consider steady-state mass balance during ultrafiltration on a plate surface, and a fractional-order concentration boundary condition is established, thereby rendering the problem real and complex. The governing equation is numerically solved using the finite difference algorithm. The effects of the fractional constitutive models, generalized Reynolds number, generalized Schmidt number, and permeability parameter on the velocity and concentration fields are compared. The results show that an increase in fractionalorderαin the momentum equation leads to a decrease in the horizontal velocity. Anomalous diffusion described by the fractional derivative model weakens the mass transfer; therefore, the concentration decreases with increasing fractional derivativeγin the concentration equation.     

基于太极形介质柱六角光子晶体禁带特性研究

提出了一种新型的非对称性散射体的二维六角晶格光子晶体结构–-太极形介质柱光子晶体. 利用平面波展开法从理论研究这种光子晶体结构的能带特性以及结构参数对完全禁带的影响. 研究表明:散射体对称性的打破, TE模和TM模能带宽度和数目都会有所增加, 有益于获得更宽的完全禁带以及更多条完全禁带.通过参数优化, 发现在ε = 17, R=0.38 μm, r=0.36R, θ = 0° 时, 获得最大完全带隙宽度0.0541(ωa/2πc); 在ε = 16, R=0.44, r=0.2R, θ = 0°时, 光子晶体完全带隙数目最多达到8条. 关键词： 光子晶体 禁带 平面波展开     

Multidimensional subdiffusion model: Arbitrage-free market

To capture the subdiffusive characteristics of financial markets, the subordinated process, directed by the inverse α-stale subordinator S_α(t) for 0 < α <1, has been employed as the model of asset prices. In this article, we introduce a multidimensional subdiffusion model that has a bond and K correlated stocks. The stock price process is a multidimensional subdiffusion process directed by the inverse α-stable subordinator. This model describes the period of stagnation for each stock and the behavior of the dependency between multiple stocks. Moreover, we derive the multidimensional fractional backward Kolmogorov equation for the subordinated process by Laplace transform technique. Finally, using martingale approach, we prove that the multidimensional subdiffusion model is arbitrage-free, and also gives an arbitrage-free pricing rule for contingent claims associated with the martingale measure.     

Time fractional dual-phase-lag heat conduction equation

We build a fractional dual-phase-lag model and the corresponding bioheat transfer equation, which we use to interpret the experiment results for processed meat that have been explained by applying the hyperbolic conduction. Analytical solutions expressed by H-functions are obtained by using the Laplace and Fourier transforms method. The inverse fractional dual-phase-lag heat conduction problem for the simultaneous estimation of two relaxation times and orders of fractionality is solved by applying the nonlinear least-square method. The estimated model parameters are given. Finally, the measured and the calculated temperatures versus time are compared and discussed. Some numerical examples are also given and discussed.     

求解α本征值的k-α迭代方法误差估计

分析求解α本征值的k-α迭代方法,指出迭代法中参数的选择影响使用标准差的平均值估计出来的α误差.如果参数选取不当,实际估计误差可能和真实估计误差相差很大.MCNP4C程序中使用的参数给出的误差估计通常和真实估计误差有一定的偏差.本文给出一个新的参数选择办法,能够让实际估计误差几乎等于真实估计误差,并用数值实验进行验证.     

Asymptopic solution for a class of semilinear singularly perturbed fractional differential equation

This paper considers a class of boundary value problems for the semilinear singularly perturbed fractional differential equation.Under the suitable conditions,first,the outer solution of the original problem is obtained;secondly,using the stretched variable and the composing expansion method the boundary layer is constructed;finally,using the theory of differential inequalities the asymptotic behaviour of solution for the problem is studied and the uniformly valid asymptotic estimation is discussed.