×

二维动力学趋化模型的渐近保持格式。 (英语) Zbl 1407.92027号

摘要:本文基于化学引诱剂的宏观演化方程和细胞演化的微观模型,研究了二维多尺度趋化模型。后者由Boltzmann型动力学方程控制,该方程带有描述细胞速度变化的局部转向核算子。抛物线缩放产生了一个具有小参数的无量纲动力学模型,该模型表示细胞的平均自由程。我们提出了一个新的渐近保持数值格式,它反映了所研究的微观模型在奇异极限下对其宏观对手Patlak-Keller-Segel系统的收敛性。该方法基于算子分裂策略和高阶隐式和显式时间离散化的适当组合。特别地,我们使用了所谓的偶数解耦,并隐式逼近奇异极限中出现的刚性项。我们证明了所得格式满足渐近保持性。更准确地说,当无均值路径趋于0时,它产生了Patlak-Keller-Segel系统的一致近似值。导出的渐近保持方法用于更好地了解二维动力学趋化性模型的爆破行为。

MSC公司:

92立方厘米 细胞运动(趋化性等)
20年第35季度 玻尔兹曼方程
92年第35季度 与生物、化学和其他自然科学相关的PDE

软件:

趋化作用
PDF格式BibTeX公司 XML格式引用
全文: 内政部

参考文献:

[1] W.Alt,趋化性和相关扩散近似的有偏随机游走模型,J.Math。生物学,9,147-177(1980)·Zbl 0434.92001号 ·doi:10.1007/BF00275919
[2] A.Bollermann;S.Noelle;M.Luká_cová-Medviďová,具有干河床的浅水方程的有限体积演化Galerkin方法,Commun。计算。物理。,10, 371-404 (2011) ·Zbl 1364.76109号 ·doi:10.4208/cicp.220210.020710a
[3] N.Bournavas和V.Calvez,具有球对称初始数据的趋化动力学模型的临界质量现象,收录于《亨利·庞加莱研究所年鉴(C)非线性分析》,第26卷,爱思唯尔,2009年,1871-1895·Zbl 1171.92003年
[4] V.Calvez;J.A.Carrillo,Keller-Segel模型中的体积效应:防止爆炸的能量估计,数学杂志。Pures应用程序。(9), 86, 155-175 (2006) ·Zbl 1116.35057号 ·doi:10.1016/j.matpur.2006.04.002
[5] V.Calvez,B.Perthame和M.Sharifi Tabar,《修改的Keller-Segel系统和对数相互作用核的临界质量》,《随机分析和偏微分方程》,Contemp第429卷。数学。,阿默尔。数学。Soc.,普罗维登斯,RI,2007,45-62·Zbl 1126.35077号
[6] J.A.Carrillo;B.Yan,趋化动力学系统扩散极限的渐近保持方案,多尺度建模与仿真,11,336-361(2013)·Zbl 1274.92007年 ·数字对象标识代码:10.1137/10851687
[7] F.A.C.Chalub;P.A.Markowich;B.珀沙姆;C.Schmeiser,趋化动力学模型及其漂移扩散极限,莫纳什。数学。,142, 123-141 (2004) ·Zbl 1052.92005年 ·doi:10.1007/s00605-004-0234-7
[8] A.切尔托克;A.Kurganov,趋化性和触觉模型的保阳性中心逆风方案,Numer。数学。,111, 169-205 (2008) ·Zbl 1307.92045号 ·doi:10.1007/s00211-008-0188-0
[9] A.Chertock、A.Kurganov、X.Wang和Y.Wu,关于饱和趋化通量的趋化模型,动力学和相关模型,5(2012),51-95,URLhttp://aimsciences.org/journals/displayArticlesnew.jsp?paperID=6915。 ·Zbl 1398.92033号
[10] S.Childress;J.Percus,趋化性的非线性方面,数学。生物科技。,56, 217-237 (1981) ·Zbl 0481.92010号 ·doi:10.1016/0025-5564(81)90055-9
[11] A.Crestetto、N.Crouseilles和M.Lemou,《基于有限体积/粒子-细胞耦合的渐进-保守恒格式,用于Boltzmann-BGK-like方程在扩散标度中的应用》,收录于《复杂应用的有限体积》。七、。椭圆、抛物线和双曲线问题,Springer Proc第78卷。数学。Stat.,Springer,Cham,2014827-835·Zbl 1427.76183号
[12] N.Crouseilles;M.Lemou,基于碰撞Vlasov方程微宏分解的渐近保持格式:扩散和高场标度极限,Kinet。相关。模型,441-477(2011)·Zbl 1222.82077号 ·doi:10.3934/krm.2011.441
[13] G.迪马尔科;L.Pareschi,非线性动力学方程的渐近保持隐式显式Runge-Kutta方法,SIAM J.Numer。分析。,51, 1064-1087 (2013) ·兹比尔1268.76055 ·数字对象标识码:10.1137/12087606X
[14] F.费尔贝;S.Jin,动力学方程及相关刚性源问题的一类渐近保角格式,J.Compute。物理。,229, 7625-7648 (2010) ·兹比尔1202.82066 ·doi:10.1016/j.jcp.2010.06.017
[15] F.费尔贝;P.Laurençot;B.珀瑟姆,化学敏感性运动双曲线模型的推导,《数学生物学杂志》,50,189-207(2005)·2014年9月10日 ·doi:10.1007/s00285-004-0286-2
[16] H.Gajewski;K.Zacharias;K.Gröger,反应扩散系统模拟趋化性的整体行为,Mathematische Nachrichten,195,77-114(1998)·Zbl 0918.35064号 ·doi:10.1002/mana.19981950106
[17] S.戈特利布;C.-W.Shu;E.Tadmor,强稳定性保持高阶时间离散化方法,SIAM Rev.,43,89-112(2001)·Zbl 0967.65098号 ·doi:10.1137/S003614450036757X
[18] S.Gottlieb、D.I.Ketcheson和C.W.Shu,《保持强稳定性的Runge-Kutta和多步时间离散化》,世界科学出版有限公司,新泽西州哈肯萨克,2011年·Zbl 1241.65064号
[19] S.Guisset;S.Brull;E.D’Humières;B.Dubroca,扩散极限下电子模型(begin{document}M_1\end{document})的渐近-保优平衡格式:特殊情况,ESAIM Math。模型。数字。分析。,51, 1805-1826 (2017) ·Zbl 1406.78021号 ·doi:10.1051/m2安/2016079
[20] M.Herrero;J.Velázquez,趋化模型的放大机制,Ann.Scuola Normale Superiore,24633-683(1997)·Zbl 0904.35037号
[21] M.A.Herrero;麦地那东部;J.Velázquez,反应扩散系统中有限时间聚合为单点,非线性,101739-1754(1997)·Zbl 0909.35071号 ·doi:10.1088/0951-7715/10/6/016
[22] M.A.Herrero;J.J.Velázquez,Keller-Segel模型的趋化坍塌,《数学生物学杂志》,35,177-194(1996)·兹比尔0866.92009 ·doi:10.1007/s002850050049
[23] T.Hillen;H.G.Othmer,从速度跳跃过程导出的输运方程的扩散极限,SIAM J.Appl。数学。,61,751-775(电子版)(2000)·Zbl 1002.35120号 ·doi:10.1137/S00361399999358167
[24] T.Hillen;K.Painter,防止过度拥挤的抛物线趋化模型的全局存在性,应用进展。数学。,26, 280-301 (2001) ·Zbl 0998.92006号 ·doi:10.1006/aama.2001.0721
[25] T.Hillen;K.油漆工;C.Schmeiser,有限采样半径趋化性的全局存在性,离散Contin。动态。系统。序列号。B、 7125-144(2007)·Zbl 1116.92011号 ·doi:10.3934/cdsb.2007.7.125
[26] T.Hillen;K.Painter,PDE趋化模型用户指南,J.Math。生物学,58,183-217(2009)·Zbl 1161.92003号 ·doi:10.1007/s00285-008-0201-3
[27] D.霍斯特曼,从1970年至今:趋化性的Keller-Segel模型及其后果Ⅰ,Jahresber。DMV,105,103-165(2003)·Zbl 1071.35001号
[28] D.霍斯特曼,从1970年至今:趋化性的Keller-Segel模型及其后果Ⅱ,Jahresber。DMV,106,51-69(2004)·Zbl 1072.35007号
[29] 胡锦涛;S.Jin;L.Wang,半导体Boltzmann方程在两尺度碰撞下的渐近预存格式:分裂方法,Kinet。相关。模型,8707-723(2015)·Zbl 1317.65171号 ·doi:10.3934/krm.2015.8.707
[30] 胡锦涛;Q.Li;L.Pareschi,高精度量子Boltzmann方程的渐近保指数方法,科学杂志。计算。,62, 555-574 (2015) ·Zbl 1317.65153号 ·doi:10.1007/s10915-014-9869-2
[31] 黄光裕;康康;A.Stevens,趋化性动力学模型的漂移扩散极限:一种推广,离散康定。动态。系统。序列号。B、 5、319-334(2005)·Zbl 1073.35105号 ·doi:10.3934/dcdsb.2005.5319
[32] 黄光裕;康康;A.Stevens,化学敏感性运动非线性传输方程的整体解,SIAM数学分析杂志,361177-1199(2005)·Zbl 1099.82018年 ·doi:10.1137/S0036141003431888
[33] W·Jäger;S.Luckhaus,《关于模拟趋化性的偏微分方程组解的爆炸》,《美国数学学会学报》,329819-824(1992)·Zbl 0746.35002号 ·doi:10.1090/S0002-9947-1992-1046835-6
[34] J.Jang;F.李;J.-M.邱;T.Xiong,扩散尺度下线性动力学输运方程的渐近保持DG-IMEX格式分析,SIAM J.Numer。分析。,52, 2048-2072 (2014) ·Zbl 1307.65132号 ·数字对象标识代码:10.1137/130938955
[35] S.Jin,《多尺度动力学和双曲方程的渐近保持(AP)格式:综述》,Riv.Mat.Univ.Parma,3177-216(2012)·Zbl 1259.82079号
[36] S.Jin;L.Pareschi;G.Toscani,多尺度离散速度动力学方程的扩散松弛格式,SIAM J.Numer。分析。,352405-2439(电子版)(1998)·Zbl 0938.35097号 ·doi:10.1137/S0036142997315962
[37] S.Jin,一些多尺度动力学方程的有效渐近预存(AP)格式,SIAM科学计算杂志,21,441-454(1999)·Zbl 0947.8208号 ·doi:10.1137/S1064827598334599
[38] E.F.Keller;L.A.Segel,被视为不稳定性的黏菌聚集的起始,J.Theor。《生物学》,26,399-415(1970)·Zbl 1170.92306号 ·doi:10.1016/0022-5193(70)90092-5
[39] E.F.Keller;L.A.Segel,趋化模型,J.Theor。《生物学》,30,225-234(1971)·Zbl 1170.92307号 ·doi:10.1016/0022-5193(71)90050-6
[40] E.F.Keller;L.A.Segel,《趋化细菌的游动带:理论分析》,J.Theor。生物学,30,235-248(1971)·兹比尔1170.92308 ·doi:10.1016/0022-5193(71)90051-8
[41] A.Klar,动力学和漂移扩散半导体方程的渐近诱导域分解方法,SIAM J.Sci。计算。,19, 2032-2050 (1998) ·Zbl 0918.65090号 ·doi:10.137/S1064827595286177
[42] A.Kurganov;M.Luká_cová-Medviďová,两种趋化模型的数值研究,离散Contin。动态。系统。序列号。B、 19、131-152(2014)·Zbl 1282.92011年 ·doi:10.3934/dcdsb.2014.19.131
[43] 勒莫先生;L.Mieussens,基于扩散极限线性动力学方程微观公式的新渐近保持格式,SIAM J.Sci。计算。,31, 334-368 (2008) ·Zbl 1187.82110号 ·数字对象标识码:10.1137/07069479X
[44] G.I.Marchuk,Metody Rashchepleniya,(俄语)[分裂方法]“Nauka”,莫斯科,1988年。
[45] G.I.Marchuk,分裂和交替方向方法,《数值分析手册》,第一卷,Handb。数字。分析。,一、 荷兰北部,阿姆斯特丹,1990197-462·Zbl 0875.65049号
[46] T.Nagai,建立二维域趋化性模型的抛物型椭圆系统的非径向解的爆破,J.Inequal。申请。,6(2001),37-55,网址http://www.emis.ams.org/journals/HOA/JIA/Volume6_1/55.pdf。 ·Zbl 0990.35024号
[47] H.G.Othmer;T.Hillen,传输方程的扩散极限。Ⅱ. 趋化方程,SIAM J.Appl。数学。,62、1222-1250(电子版)(2002)·Zbl 1103.35098号 ·doi:10.1137/S0036139900382772
[48] H.Othmer;S.Dunbar;W.Alt,《生物系统中的扩散模型》,J.Math。《生物学》,26,263-298(1988)·Zbl 0713.92018号 ·doi:10.1007/BF00277392
[49] C.Patlak,坚持和外部偏见的随机行走,公牛。数学:生物物理。,15, 311-338 (1953) ·Zbl 1296.82044号 ·doi:10.1007/BF02476407
[50] B.珀瑟姆,《趋化运动的PDE模型:抛物线、双曲线和动力学》,应用。数学。,49, 539-564 (2004) ·Zbl 1099.35157号 ·doi:10.1007/s10492-004-6431-9
[51] C.-W.Shu;S.Osher,本质上无振荡的冲击捕获方案的有效实施,J.Comput。物理。,77, 439-471 (1988) ·Zbl 0653.65072号 ·doi:10.1016/0021-9991(88)90177-5
[52] A.史蒂文斯;H.G.Othmer,《聚合、爆炸和崩溃:强化随机行走中出租车的ABC》,SIAM应用数学杂志,57,1044-1081(1997)·Zbl 0990.35128号 ·doi:10.1137/S00361399995288976
[53] G.Strang,关于差分格式的构造和比较,SIAM J.Numer。分析。,5, 506-517 (1968) ·Zbl 0184.38503号 ·doi:10.1137/0705041
[54] D.W.Strock,细菌运动模型产生的一些随机过程,概率论及相关领域,28305-315(1974)·Zbl 0282.60047号 ·doi:10.1007/BF00532948
此参考列表基于出版商或数字数学图书馆提供的信息。其项与zbMATH标识符进行启发式匹配,可能包含数据转换错误。在某些情况下,zbMATH Open的数据对这些数据进行了补充/增强。这试图尽可能准确地反映原始论文中列出的参考文献,而不要求完整或完全匹配。