一种求解大型稀疏对称矩阵(极端)特征值问题的有效算法

提出一种求解大型稀疏对称矩阵几个最大(最小)特征值和相应特征向量的迭代块DL(即Davidson-Lanczos)算法并且讨论了迭代块DL算法的收敛率     

基于关联基的壳模型截断计算

提出了一种新的用于壳模型截断计算的基矢空间的构建方法,即关联基的方法。关联基是利用壳模型中每个粒子数分布下哈密顿量的本征态作为基矢。在此基矢之上,可以很自然地通过考虑能量相对较低的关联基矢进行相应的截断计算。当所有的关联基矢都被考虑时,计算结果回到一般jj耦合给出的结果。最后,对关联基下壳模型的计算与标准的壳模型计算进行了比较,计算结果表明,关联基下壳模型能量和波函数有着良好的收敛性,同时表明关联基计算的有效性。     

稀疏正交联合约束多通道非负矩阵分解声信号分离算法

针对复杂环境下多通道声信号分离问题,提出稀疏正交联合约束多通道非负矩阵分解声信号分离方法。首先设计基于多通道扩展坂仓斋藤(Itakura-Saito,IS)散度的稀疏正交联合约束项构造代价函数,给出信号稀疏和信号正交约束辅助函数,实现代价函数最小化求解。然后通过迭代更新规则设计,得到稀疏正交优化的多通道非负矩阵分解基矩阵和系数矩阵,讨论了稀疏正交约束对基矩阵和系数矩阵稀疏性与连续性影响。最后基于多通道信号空间特性,进行了非负矩阵分解基聚类以获得多通道非负矩阵分解声信号的分离结果。双通道音频数据与四通道声学目标分离实验数据测试表明,对音频数据,所提算法在性能指标信号失真比(SDR)上提高了0.84dB,对于直升机声源数据,所提算法在SDR上提高了4.53dB。     

复杂结构随机振动试验的响应控制再现

为了实现振动环境仿真系统中的振动响应的实时反馈，采用有限元计算获得激励响应。分析软件及计算方法的选取得当，是激励实时反馈环节实现的关键。在众多的实模态分析中，有两个算法很具代表性，它们是子空间迭代法和Lanczos算法。子空间迭代法广为使用，许多大型程序中都有配备，它稳定、可靠，然而速度较慢。Lanczos算法则被公认为快速高效，是求解大型矩阵特征值问题的一种最有效的方法，其计算量比子空间迭代法少数倍之多，特别适用于大型特征值求解问题，而且计算精度也很高，是现有模态计算方法最可取的。     

由相干态生成光子消灭算符高次幂的本征态

本文提出了用正交对称化方法由相干态产生非经典光场态-a^k(k≥3)的k个正交归一本征态的一般方法,求出了正交对称化矩阵,找到了a^k本征态的相干态源泉。     

基于壳模型对力加四极力研究sd和pf壳偶偶原子核

本文在原子核壳模型框架下基于唯象相互作用(对力加四极力)研究sd壳和pf壳的偶偶核低激发集体态。在提取了USDB和GXPF1相互作用的单粒子能量和单极相互作用的基础上,我们用一套统一参数计算重现了球形核和形变核的低激发谱;将对相互作用中的单极成分扣除后可以得到较好的结合能计算结果。同位旋标量的对相互作用对计算结果影响不大。单极相互作用在经验质子—中子相互作用、原子核对称能和Wigner能中产生重要贡献。     

非正交多松弛系数轴对称热格子Boltzmann方法

提出了一种模拟轴对称热流动的非正交多松弛系数格子Boltzmann(MRT-LB)模型.通过采用非正交转换矩阵,建立了基于D2Q9离散速度的求解流场的MRT-LB模型和基于D2Q5离散速度的求解温度场的MRT-LB模型.Chapman-Enskog分析表明,该模型可以恢复对应的柱坐标下的宏观连续方程、动量方程和能量方程.与现有的轴对称MRT-LB模型相比,本文采用的非正交转换矩阵中含有更多的零元素,因而具有更高的计算效率.采用本文模型对几种典型的轴对称热流动问题,包括热Womersley流动、竖直圆柱体内的Rayleigh-Bénard对流和环形柱体内的自然对流进行了数值模拟,通过等温线图和流线图以及定量数据的对比,验证了本文模型的可行性和可靠性.并且数值模拟结果表明,相对现有模型,本文模型具有更好的数值稳定性和计算效率.     

双模纠缠相干态正交基的构建与纠缠度的计算

纠缠相干态是一类在量子信息领域有重要应用的连续变量纠缠态,由于相干态表象中的基矢不正交,导致其纠缠度计算的困难.本文给出了基于相干态本身的正交归一完备基的构建方法,简化了其纠缠度的计算,讨论了纠缠度的影响因素,并计算了常见的几种纠缠相干态的纠缠度.     

氦原子1s2p态的有限元近似能量

用有限元方法近似计算了1s2p态氦原子单态和三重态的能量,所得结果的相对误差:三重态为10^-6,单态为10^-4.这一结果比Schertzer^[1]对基态氦原子的相应结果稍好.有限元法导致的大型广义矩阵特征值问题,对于基态是对称的,而对于1s2p态是非对称的,给求解带来了难度.由波函数的图形说明,在有界区域上求Schrödinger方程的近似解是合理的.     

Sn同位素的能级密度和熵

能级密度在研究核物理的动力学、热力学性质中具有重要的物理意义。本文利用壳模型和截断算法计算了Sn同位素的最低10 000个状态。$^{116}{\rm{Sn}}$在Sn同位素中空穴数和粒子数都为8,能级最为复杂,根据$^{116}{\rm{Sn}}$能级密度研究了能级密度与角动量的关系和体系的微正则熵。研究发现在偶宇称时的最低平均能级出现明显的角动量奇偶效应,用泡利不相容原理得到合理解释。进一步,又研究了Sn同位素的此性质,得到相同的结论。$^{116}{\rm{Sn}}$的微规范熵在低能量段受奇宇称的波动,这与中子对的断裂有关。     

原子核高自旋态的半径典研究

用推广的汤马斯-费米近似和Skyrme势研究了原子核的高自旋态,应用推转模型给出了含转动的能量密度公式,并计算了¹¹⁶Sn,¹⁵⁸Yb和²⁴⁰Pu这三个典型核在不同角动量下的核形变与转动能.计算结果定性地与液滴模型相似,在数值上则有一定差别.计算结果表明,对转动能的量子修正,即使不考虑壳修正,也不能忽略.     

大型壳模型计算中的截断效应对132Sn附近丰中子空穴核能级结构的影响

以双幻核132Sn以及附近的空穴核131Sn,130Sn,131In,130In,130Cd为例,研究了大型壳模型计算中的截断效应对该核区能级结构以及电四极跃迁的影响,其中截断包括了有无中子跨壳激发,以及限制轨道粒子数两种情况。计算结果表明,只有在允许质子跨壳激发的情况下才能给出130In与实验相符的基态能级,而允许两个中子的跨壳激发则会改善132Sn的低激发能级结构。此外中子壳芯激发也会对该核区空穴核的低激发能级有一定的影响,相应低能态之间的电四极跃迁则更加敏感地反映出了空间截断效应的影响。With two different truncations, i.e., neutron core-excitation truncation and orbital particle-number truncation, the research is studied at the truncation effects in shell-model calculations by the hole nuclei of 130Sn, 131Sn, 130In, 130In and 130Cd. We found that the right ground state of 130In needs proton core-excitation in shell model space, and allowing two neutron core-excitations will promote the low-lying states in 132Sn. The neutron core-excitations will also slightly affect the low-lying levels of hole-nuclei close to 132Sn, and the values of BE2 between the corresponded low-lying states reflect more obviously to the neutron core-excitations.     

一种基于压缩感知的三维导体目标电磁散射问题的快速求解方法

提出了一种将压缩感知和特征基函数结合的方法来计算三维导体目标的雷达散射截面.利用压缩感知理论,将随机选择的矩量法阻抗矩阵作为测量矩阵,将激励电压视为测量值,然后再用恢复算法可实现二维或二维半目标感应电流的求解.对于三维导体目标,使用Rao-Wilton-Glisson基函数表示的感应电流在常用的离散余弦变换基、小波基等稀疏基上不稀疏.为此,本文将计算出的目标特征基函数作为稀疏基,用广义正交匹配追踪算法作为恢复算法来加速恢复过程,并应用到三维导体目标的雷达散射截面计算中.数值结果证明了本文方法的准确性与高效性.     

使用非正交曲线座标与速度分量S_1流面正问题流场矩阵解

本文基于吴仲华提出的使用非正交曲线座标与相应的非正交速度分量的叶轮机械三元流动气动热力学基本方程组,引入流函数,得出求解的主要方程:流函数的二阶拟线性偏微分方程.除了与密度有关的项以外,流函数的各阶导数都置在方程的左端.这样加快了收敛的速度.用中心九点差分格式,将微分方程离散化后,所得的线性代数方程组用矩阵[L][u]分解直接求解.这种解法收敛速度较快.系数矩阵为对角线带状稀疏矩阵.采用了:(1)非零元素按对角线编号;(2)增设虚点两项办法.大量减少了计算机内存量.由流函数求密度时采用了内存密度函数表插值方法.简单地讨论了松弛因子的选取.用此程序对一些压气机和透平的叶型进行了计算,同实验结果及理论解析解进行了比较,相互是一致的.     

半微观质子光学势

基于原子核壳模型单体密度矩阵的折叠模型计算光学势的实部,配以唯象光学势虚部,构造半微观光学势.通过拟合质子弹性散射实验数据,得到适用于质量数28~90,能量到200 MeV的半微观质子光学势.该光学势用于质子弹性散射计算分析,在参数大为减少的情况下,计算得到的角分布和分析本领与实验数据的符合程度,总体上好于Koning-Delaroche普适光学势的计算结果.     

新型压缩感知计算模型分析三维电大目标电磁散射特性

为提高基于压缩感知技术的矩量法在三维电大目标双站电磁散射问题中的计算效率和稳定性,提出新的稀疏、测量和重构方法,构建一种新型压缩感知计算模型.不同于基于欠定方程的传统的压缩感知计算模型,新型计算模型首先采用按行均匀抽取阻抗矩阵的方法构造测量矩阵以获得稳定的计算结果;然后,基于Foldy-Lax方程生成多阶特征基函数并作为稀疏基对感应电流进行稀疏转换;再依据少数低阶特征基函数足以近似表征感应电流的先验条件,将恢复算法简化为最小二乘法;最后,将矩阵方程转换为一个超定系统并采用最小二乘法解出电流系数.与传统的计算模型相比,新型计算模型不仅可以获得更加稳定的精确解,还可以显著提高电大目标双站散射问题的求解效率和计算精度.数值仿真结果证明了新方法的可行性和高效性.     

原子核的配对壳模型及数值计算(I)

原子核配对壳模型用“真实”的价质子对和价中子对构造组态空间的波函数,包含了单粒子能量项的贡献.在配对壳模型内,费米子运力学对称模型(FDSM)和相互作用玻色子模型(IBM)可以作为它的特殊情况.本文报道这一模型的思想、框架及其数值计算程序.     

用变分优化正交的连带Laguerre基函数计算无支撑单层MoS2中激子的能量和波函数

采用基于变分优化正交化连带Laguerre基函数的准确对角化方法计算了无支撑单层MoS2中A型激子的能量和波函数.介电屏蔽效应破坏了SO(3)对称性导致激子能量以反常的轨道角动量顺序出现.该方法利用连带Laguerre多项式构造了既满足束缚态又满足连续态的正交基函数集,并推导了哈密顿量矩阵元的解析表达式.收敛速度不仅与基函数的数量有关,而且与变分参数的大小有关.在变分优化下,收敛速度非常快,表明了该方法的可靠性.采用正交化连带Laguerre基矢可大大减小基函数的数量和计算量.我们计算的激子本征能量即使是在很少的基函数下也与文献中的结果非常吻合.变分优化二维正交归一化连带Laguerre基矢适用于二维材料中激子和原子物理的精确描述.     

基于阈值式小波变换的波前重构算法

针对传统的波前重构器计算效率低、稳态误差大的问题,提出了阈值式波基多分辨力波前重构算法,采用4维波基作为标准正交基,将波前相位畸变投射到4维波基上,使伪逆矩阵变为稀疏矩阵,有效地减少了计算量,并采用阈值法去除波前重构矩阵算子中对精度影响较小的高分辨力波基系数,进一步增加了矩阵的稀疏程度,提高了运算效率,并与传统的最小二乘法、Zernike模式法和迭代法进行了计算量和均方根误差的比较,仿真结果表明该算法无论在计算速度和收敛精度上均优于其它算法。     

并行时域电场积分方程方法在动态海面二维电磁散射中的应用

采用并行时域电场积分方程方法对动态海面的二维瞬态散射特性进行研究。为了保证该方法的后期稳定性,时间基函数和空间基函数采用二阶B样条基函数和三角基函数,矩阵元素采用时间维度精确解析、空间奇异部分精确解析进行计算;为了减少对无限海面进行截断带来的边缘效应,入射波采用锥形调制高斯脉冲;结合信息传递接口（MPI）技术和稀疏矩阵压缩存储技术,对不同时刻的海面进行瞬态散射分析。大量的数值算例证明了该方法在计算动态海面的二维瞬态散射问题时的正确性,还可以保证后期的稳定性,提高计算效率,减少对计算机内存需求。