两类变时间步长的非线性Galerkin算法的稳定性

1．引言近年来,随着计算机的飞速发展,人们越来越关心非线性发展方程解的渐进行为．为了较精确地描述解在时间t→∞时的渐进行为,人们发展了一类惯性算法,即非线性Galerkin算法．该算法是将来解空间分解为低维部分和高维部分,相应的方程可以分别投影到它们上面,它的解也相应地分解为两部分,大涡分量和小涡分量;然后核算法给出大涡分量和小涡分量之间依赖关系的一种近似,以便容易求出相应的近似解．许多研究表明,非线性Galerkin算法比通常的Galerkin算法节省可观的计算量．当数值求解微分方程时,计算机只能对已知数据进行有限位…     

用配置法解抛物型方程的误差估计

配置法可用来求各种类型方程的数值解。与Galerkin方法相比,它可避免计算数值积分。Douglas等人讨论了用配置法求抛物型方程初边值问题数值解的误差。本文讨论用配置法求具有间断系数抛物型方程数值解的误差。在求近似解时,允许系数的间断点与分割点不重合。在中Douglas用配置法求热传导方程的数值解,近似解空间由属于C~1(I)中的分段四次多项式全体组成,得到在分割结点处的误差有     

二维广义Burgers方程大时间问题的谱逼近

1．引言近几年来，随着无穷维动力系统理论的发展，非线性发展方程大时间问题的数值计算越来越引起人们的重视，例如人们对混沌和分歧等问题的研究在很大程度上依赖于数值计算的结果．对于这类问题的数值计算，则需要建立t→∞时的大范围的计算方法和误差估计．因此，数值计算是否可靠、有效，计算格式是否选得合适等都是值得研究的问题．我们知道，在以往有限时间段上得到的近似解的误差估计都与时间段的长度有关，一般可写成Ch”eT，其中C为与精确解有关的常数，h为离散化参数，T为所考虑的时间段的长度．若将它应用到大时间问题的估计…     

非线性KdV-Schr(o)dinger方程Fourier谱逼近的大时间性态

近几年来,对具弱阻尼的非线性发展方程的研究越来越受到人们的关注.大部分情况下,由于精确解无法得到,我们只有通过求数值解来研究方程解的性质.本文讨论具弱阻尼的非线性KdV-Schroedinger方程Fourier谱逼近的大时间性态问题.我们构造了方程的Fourier近似谱格式,并对方程的近似解作了相应的先验估计及方程近似解与精确解之间的误差估计.最后,证明了近似吸引子AN的存在性及其弱上半连续性dω(AN,A)→0.     

利用随机模拟方法求解第二类积分方程

给出一种求解第二类Fredholm和Volterra积分方程的数值算法,算法在数值积分技术的基础上使用Monte Carlo随机模拟方法求积分方程的近似解.通过数值例子证明了该算法是有效的.     

非线性振动系统周期解的数值分析

用直接数值积分法求非线性振动系统的周期解,求解时对初始条件进行迭代,使它与终点条件相一致.积分时间区间(即周期)或运动方程中的某些参数,也可在迭代过程中随同变化,积分方法是变步长的. 用这种“打靶”法求周期解,所需计算工作量相对较少.其中误差主要来源于数值积分,故不难估计并控制它足够小.这种方法可处理各种类型的振动问题,如单自由度和多自由度系统的自由无阻尼振动、强迫振动、自激振动和参数振动等等;也能求得不稳定解和那些对参数变动十分敏感的解.解的稳定性根据相关的周期系数微分方程来研究.求共振曲线或其他振动特性曲线时,利用插值方法并自动调节步长来定出迭代始值. 为了阐明这种方法的通用性,计算了若干例子.非线性的描述可用解析函数或任何其他形式,例如分段线性函数.文中还就所得周期解指出了非线性振动的一些值得注意的性质.部分计算结果与已有的近似解或实验结果作了比较.     

在材料非线性问题中的摄动有限元法

摄动法是解决非线性连续介质力学问题的一种有效方法.这种方法是建立在该问题的线性解析解的基础上的,因此,若得不到一个简单的解析解,应用这种方法去解决一些复杂的非线性问题将遇到困难.有限元法对解非线性问题也是一种十分有用的工具,然而一般来说,它需要相当长的计算时间. 本文介绍摄动有限元法.这种方法吸取上述两种方法的优点,能够解决更复杂的非线性问题,而且也能大量节省计算机的计算时间. 本文讨论了比例加载下的弹塑性力学问题,并提出一个带孔拉板的数值解.     

L~1空间中第二类Fredholm积分方程算法优越性分析

在L¹空间中对第二类Fredholm积分方程提出了一种好似使其近似解和精确解的误差达到最小的方法,对离散算法与数值积分法进行对比,并给出了误差估计,用实际的例子来进一步探究.     

两点边值问题标准与非标准有限元解的逐项渐近展式

1 引言 有限元解按步长h的展开式是外推算法的基础,同时它还可给实际计算提供一种后验误差估计,近年来它得到了很大发展(有兴趣者可参考[1-6]及其中所列举的文献)。在以往的讨论中,总是假定有限元方程是精确的,然而,对变系数及变右端问题,人们一般不可能得到精确的有限元方程,而是采用数值积分来求刚度矩阵与荷载向量,得到的仅是一个近似的     

符号和数值混合计算

符号计算和数值计算是两种不同的解决科学和技术发展中问题的计算方法.符号计算可以得到问题精确的完备解,但是计算量大且表达形式往往十分庞大;数值计算可以快速地处理很多实际应用中的问题,但是一般只能得到近似的局部解.特别地,数值计算处理病态问题时,收敛往往较慢且容易出错.着重介绍了符号计算和数值计算之间的密切联系,以及如何运用这两大领域的最新研究成果,探索和开发符号和数值混合计算算法和软件,使之兼备符号计算的完备化和数值计算的高效性.     

K.D.V.-Burgers 方程谱方法的误差估计

本文给出 K.D.V.-Burgers 方程谱方法的严格误差估计,并在一定条件下由此推出收敛性。如果微分方程的解相当光滑,那末近似解的精度就很高。本文所用的方法也适用于其它非线性问题,例如涡度方程,Navier-Stokes 方程和大气方程等。     

非饱和土壤水流方程基于特征投影分解方法的降阶CN有限元外推模型

利用Crank-Nicolson有限元方法和特征投影分解方法去建立二维非饱和土壤水流方程的一种维数很低,精度足够高的降阶CN有限元外推模型,并给出这种降阶CN有限元外推模型的降阶近似解误差估计和算法实现.最后用数值例子说明数值结果与理论结果相吻合,并阐明这种降阶CN有限元外推模型的优越性.     

径向基无网格法在蒸发作用下一维排水问题中的应用

无网格方法是一种只需要节点信息而不需要划分网格的数值计算方法.利用径向基无网格法求解一维排水问题,导出了在地下水蒸发强度与埋深成线性关系时,一维不稳定流方程的无网格算法,通过迭代求其数值解.与常用的地下水位近似理论解、有限元解以及实测数据进行比较,均表明该算法误差小、收敛性好、实用性强,可以很好地应用于农田排水问题的计算.     

推广的β平面近似下带有外源和耗散强迫的非线性Boussinesq方程及其孤立波解

在推广的β平面近似下,从包含耗散和外源的准地转位涡方程出发,利用Gardner-Morikawa变换和弱非线性摄动展开法,推导出带有外源和耗散强迫的非线性Boussinesq方程去刻画非线性Rossby波振幅的演变和发展.利用修正的Jacobi椭圆函数展开法,得到Boussinesq方程的周期波解和孤立波解,从解的结构分析了推广的β效应、切变基本流、外源和耗散是影响非线性Rossby波的重要因素.     

一种直接间断Galerkin方法的误差分析

提出一种求解非线性扩散方程的直接间断Galerkin方法.在空间离散上,采用Stirling插值公式构造了一种含有高阶导数项的数值流;在时间离散上,采用通常的Runge-Kutta方法.在理论上,证明了由这种直接间断Galerkin方法得到的计算格式是非线性稳定的,相应数值解不仅具有最优的能量误差估计,而且具有最优的L~2误差估计.数值实验验证了方法的有效性.     

求解非定常Lavrentiev迭代方程的多尺度配置法

本文采用多尺度配置法求解第一类弱扇形积分方程.将压缩配置法用于投影离散非定常迭代正则化方程,得到了近似解在Banach空间范数下误差估计,给出了迭代停止准则,确保近似解无穷范数下的最优收敛率.优点是确保了收敛率,减少了计算量.数值例子验证了算法的有效性.     

完整Coriolis力作用下带有外源强迫的非线性KdV方程

利用摄动方法,从描写既有Coriolis力垂直分量又含有水平分量的位涡方程出发,给出了近赤道非线性Rossby波所满足的具有外源强迫的非线性KdV方程,并利用Jacobi椭圆函数展开法,求解了改进后的非线性KdV方程的行波解及孤立波解.通过分析KdV方程的行波解,指出Coriolis力的水平分量和外源对Rossby波动的影响.     

相场方程的高效数值算法

本文回顾求解相场方程数值方法的一些最新进展.数值求解相场方程的主要难点在于非线性项和高阶微分项对时间步长有严格限制,而相场方程的数值模拟通常需要很长的计算时间才能达到稳定状态.众所周知,相场模型满足一种称为能量稳定的非线性稳定关系,通常表示为自由能泛函随时间递减.如何设计满足离散能量稳定的数值格式,使得可以进行大时间步长同时又准确地模拟,近来越来越受到重视.本文将针对一些常见的相场方程阐述几类广泛使用的高效数值格式,以及基于能量随时间的变化率而设计的一种时间自适应算法,使得数值解的准确性和算法稳定性得到保证的前提下,计算效率大大提高.     

无限域上一维热传导方程的Gauss-Laguerre数值解

针对无限域上一维热传导方程的解析解为反常积分形式,直接计算往往比较困难.首先采用Fourier变换给出问题解析解,其次结合解析解的形式和无限域上Gauss型数值积分法精度高的优点,将半无限域上的一维热传导方程问题利用Gauss-Laguerre数值积分计算数值解,对无限域上的一维热传导方程的解析解转化为半无限域上的形式后用Gauss-Laguerre数值积分计算.实验结果表明,本文给出的数值解方法具有很高的精度.     

非线性Black-Scholes模型下算术平均亚式期权定价问题

在非线性Black-Scholes模型下,研究了算术平均亚式期权定价问题.首先利用单参数摄动方法,将亚式期权适合的偏微分方程分解成一系列常系数抛物方程.其次通过计算这些常系数抛物型方程的解,给出了算术平均亚式期权的近似定价公式.最后分析了近似结论的误差估计,并通过数值算例验证了所得近似结论的合理性.