×

具有非线性源项的Riesz空间分数阶扩散方程的四阶数值方法。 (英语) Zbl 1499.65419号

摘要:本文旨在提出一种求解具有Riesz空间分数阶导数的非线性扩散方程的高精度数值格式。为此,我们首先用四阶有限差分方法离散Riesz分数阶导数,然后应用四阶边值方法(BVM)对所得常微分方程组进行时间积分。该方法在空间和时间分量上均具有四阶精度,并且由于BVM具有良好的稳定性,因此无条件稳定。将数值结果与解析解以及文献中其他方法提供的结果进行了比较。通过求解分数阶Fisher方程和分数阶抛物线型sine-Gordon方程等多个问题的数值实验表明,该方法是求解此类问题的有效算法,能够达到高精度。

MSC公司:

6500万06 含偏微分方程初值和初边值问题的有限差分方法
65岁15岁 涉及PDE的初值和初边值问题的误差界
35兰特 分数阶偏微分方程
26A33飞机 分数导数和积分
65升99 常微分方程的数值方法
PDF格式BibTeX公司 XML格式引用
全文: DOI程序

参考文献:

[1] M.Abbaszadeh,求解Riesz空间分布阶扩散方程的二阶有限差分格式的误差估计,应用。数学。让。,88(2019) 179-185. ·兹比尔1410.65351
[2] P.Amodio、F.Mazzia和D.Trigiante,解初值问题的一些边值方法的稳定性,BIT33(1993)434-451·Zbl 0795.65041号
[3] M.R.Azizi和A.Khani,求解Bagley-Torvik方程的Sinc运算矩阵法,计算。方法不同。等式5(2017)56-66·Zbl 1424.65120号
[4] L.Brugnano和D.Trigiante,用多步初值和边值方法求解微分问题,Gordon和Beach科学出版社,阿姆斯特丹,1998年·Zbl 0934.65074号
[5] L.Bruganano和D.Trigante,一些BVM方法的稳定性,应用。数字。数学。13(1993) 201-304. ·Zbl 0805.65076号
[6] L.Brugnano和D.Trigante,边值方法:线性多步和Runge-Kutta方法之间的第三种方法,计算机数学。申请36(1998)269-284·Zbl 0933.65082号
[7] C.Celik和M.Duman,带Riesz分数导数的分数阶扩散方程的Crank-Nicolson方法,J.Compute。Phy.231(2012)1743-1750·Zbl 1242.65157号
[8] J.Chen,F.Liu,I.Turner,and V.Anh,Riesz空间分式反应扩散方程的基本解和数值解,ANZIAM J.,50(2008)45-57·Zbl 1179.35029号
[9] M.Dehghan和A.Mohebbi,求解非定常对流扩散问题的高阶紧致边值方法,数学。计算。模拟79(2008)683-699·Zbl 1155.65075号
[10] M.Dehghan和A.Mohebbi,用紧致边值法求解二维薛定谔方程,J.Compute。应用。数学225(2009)124-134·Zbl 1159.65081号
[11] M.Dehghan和M.Abbaszadeh,基于有限差分/有限元方法求解二维空间/多时间分数阶Bloch-Torrey方程的有效技术,应用。数字。数学。,131(2018) 190-206. ·Zbl 1395.65074号
[12] M.Dehghan、M.Abbaszadeh和W.Deng,时空回火分数阶扩散波方程的四阶数值方法,应用。数学。让。,73(2017) 120-127. ·Zbl 1375.65173号
[13] 郝振平,孙振中,曹伟荣,分数阶导数的四阶近似及其应用,计算机学报。《物理学》281(2015),第787-805页·Zbl 1352.65238号
[14] Z.Hao,K.Fan,W.Cao和Z.Sun,半线性时滞空间分数阶扩散方程的有限差分格式,应用。数学。计算275(2016)238-254·Zbl 1410.65310号
[15] F.Iavernaro和F.Mazzia,求解非线性初值问题的多步方法的收敛性和稳定性,SIAM J.Sci。计算18(1997)270-285·Zbl 0870.65071号
[16] H.L.Liao,P.Lyu和S.Vong,Riesz空间分数阶扩散方程的二阶BDF时间近似,Int.J.Comput。数学。,95(2018) 144-158. ·Zbl 1387.65088号
[17] F.Liu、V.Anh和I.Turner,空间分数阶Fokker-Planck方程的数值解,J.Compute。申请。数学166(2004)209-219·Zbl 1036.82019年
[18] A.Mohebbi,关于用Riesz空间分数阶导数解非线性薛定谔方程的分步方法,计算。方法不同。等式4(2016)54-69。
[19] K.B.Oldham和J.Spanier,《分数阶微积分:任意阶微分与积分的理论与应用》,学术出版社,1974年·Zbl 0292.26011号
[20] I.Podulbny,分数微分方程,纽约:学术出版社;1999. ·Zbl 0924.34008号
[21] A.Saadatmandi和M.Dehghan,解空间分数阶扩散方程的tau方法,计算。数学。申请62(2011)1135-1142·Zbl 1228.65203号
[22] A.Saadatmandi和M.A.Darani,分数阶切比雪夫函数分数阶导数的运算矩阵及其应用,计算。方法不同。等式5(2017)67-87·Zbl 1424.65121号
[23] 王浩,张长川,周勇,应用于半线性反应扩散方程的一类紧致边值方法,应用。数学。计算。325 (2018) 69-81. ·Zbl 1429.65218号
[24] H.Zhang和F.Liu,带非线性源项的Riesz分数阶扩散方程的数值模拟,J.Appli。数学。信息学,26(2008)1-14。
[25] 张云霞,丁海峰,Riesz空间分数反应扩散方程的改进矩阵变换方法,J.Compute。申请。数学260(2014)266-280·Zbl 1293.65115号
[26] 周瑜,罗志明,Riesz空间分数阶抛物型sine-Gordon方程的Crank-Nicolson有限差分格式,Di。埃克。(2018) 2018:216. ·Zbl 1446.65086号
[27] S.Yang,具有时滞和非线性源项的Riesz空间分数阶扩散方程的有限差分方法,J.非线性科学。申请。,11(2018) 17-25 ·Zbl 1449.65207号
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。