×

时间分数阶耦合非线性薛定谔方程的数值模拟。 (英语) Zbl 1480.65283号

小结:在本文中,我们尝试通过一种基于径向基函数配置的无网格方法来寻求时间分数阶耦合非线性薛定谔方程(TFCNLS)的近似解。时间分数导数是用卡普托导数来描述的。将上述方程的时间分数阶导数离散化,我们首先使用一个顺序为(O(Delta t^{2-\alpha}),(0<\alpha\leq 1)的方案,然后将函数在连续时间步长中的平均值用于其他项。此外,我们使用RBF配置方法来近似空间导数。另一方面,用与TFCNLS方程的经典von Neumann方法类似的方法研究了所建议格式的稳定性分析。本文旨在表明无网格方法是获得分数阶偏微分方程数值解的合适且可靠的方法。通过两个算例验证了该方法的有效性和准确性。我们在矩形域上求解这个问题得到了数值结果。所有获得的数值实验均以表格和图表形式给出。最后,可以说,上述方案的主要优点是算法非常简单,易于应用。

MSC公司:

65M70型 偏微分方程初值和初边值问题的谱、配置及相关方法
55年第35季度 NLS方程(非线性薛定谔方程)
35兰特 分数阶偏微分方程
65个M12 含偏微分方程初值和初边值问题数值方法的稳定性和收敛性

软件:

Matlab语言
PDF格式BibTeX公司 XML格式引用
全文: 内政部

参考文献:

[1] 阿达·F·B。;Cresson,J.,分数微分方程和薛定谔方程,附录。数学。公司。,161, 1, 323-345 (2005) ·Zbl 1085.34066号 ·doi:10.1016/j.amc.2003.12.031
[2] Akinlar,医学硕士。;Secer,A。;Bayram,M.,分数阶Benney方程的数值解,应用。数学。信息科学。,8, 1-5 (2014)
[3] 阿莫尔,P。;Fernández,F.M。;霍夫曼,C.P。;Sáenz,R.A.,分数量子力学的配置方法,J.Math。物理。,51 (2010) ·Zbl 1314.81061号
[4] Barkari,E。;梅茨勒,J。;Klafter,J.,将连续时间随机游动转化为分数阶Fokker-Planck方程,Phys。E版,1132-138(2000)
[5] Caputo,M.,Q几乎与频率无关的耗散线性模型-II,Geophys。J.R.阿斯顿。《社会学杂志》,第13期,第529-539页(1967年)·doi:10.1111/j.1365-246X.1967.tb02303.x
[6] 卡尔森,R.E。;Foley,T.A.,多重二次插值中的参数,计算。数学。申请。,21, 29-42 (1991) ·Zbl 0725.65009号 ·doi:10.1016/0898-1221(91)90123-L
[7] Chen,W。;Ye,L。;Sun,H.,采用Kansa方法的分数扩散方程,计算。数学。申请。,59, 1614-1620 (2010) ·Zbl 1189.35356号 ·doi:10.1016/j.camwa.2009.08.004
[8] Cheng,A.H.-D.,《多二次曲面及其形状参数——通过任意精度计算对误差估计、条件数和舍入误差进行的数值研究》,《工程分析》。已绑定。元素。,36, 220-239 (2012) ·Zbl 1245.65162号 ·doi:10.1016/j.enganabound.2011.07.008
[9] Dehghan,M。;阿巴斯扎德,M。;Mohebbi,A.,解不规则区域上二维分数阶Klein-Kramers动力学方程的无网格局部Petrov-Galerkin和RBF配置方法,计算。模型。工程科学。,107, 6, 481-516 (2015)
[10] Diego,M.A.,时间分数阶扩散方程的隐式有限差分近似,计算。数学。申请。,56, 1138-1145 (2008) ·Zbl 1155.65372号 ·doi:10.1016/j.camwa.2008.02.015
[11] Fasshauer,G.E.,《使用Matlab的无网格近似方法》(2007),《世界科学:世界科学》,美国·Zbl 1123.65001号
[12] Franke,C。;Schaback,R.,使用径向基函数的无网格配置方法的收敛阶估计,高级计算。数学。,8, 381-399 (1998) ·Zbl 0909.65088号 ·doi:10.1023/A:1018916902176
[13] 傅,Z。;Chen,W。;Yang,H.T.,拉普拉斯变换时间分数扩散方程的边界粒子方法,计算机J。物理。,235, 52-66 (2013) ·Zbl 1291.76256号 ·doi:10.1016/j.jcp.2012.10.018
[14] 傅,Z。;罗茨基,S。;Sun,H.G。;马,J。;Khan,M.A.,2D/3D不规则域下变阶时间分数偏微分方程的基于核的鲁棒求解器,应用。数学。莱特。,94, 105-111 (2019) ·Zbl 1411.65137号 ·doi:10.1016/j.aml.2019.02.025
[15] 傅,Z。;杨利伟。;朱洪秋。;Xu,W.Z.,求解多项时间分数阶扩散波方程的半解析配置Treffz格式,《工程分析》。已绑定。元素。,98, 137-146 (2019) ·Zbl 1404.65193号 ·doi:10.1016/j.enganabound.2018.09.017
[16] 藤冈,J。;埃斯皮诺萨。;Rodrguez,R.F.,分数光孤子,物理学。莱特。A、 3741126-1134(2010)·Zbl 1236.35167号 ·doi:10.1016/j.physleta.2009.12.051
[17] Gorenflo,R.和Mainardi,F.,《分数微积分基础》。2000年1月28日提交给MaPhySto中心的预印本。
[18] 郭,X。;Xu,M.,分数阶薛定谔方程的一些物理应用,J.Math。物理。,47, 82-104 (2006) ·Zbl 1112.81028号
[19] Hardy,R.L.,地形和其他不规则表面的多二次方程,《地球物理研究杂志》,761905-1915(1971)·doi:10.1029/JB076i008p01905
[20] 哈克,S。;Hussain,M.,时间分数阶常系数和变系数高阶偏微分方程的无网格Kansa方法,RACSAM,1131935-1954(2019)·Zbl 1422.65281号 ·doi:10.1007/s13398-018-0593-x
[21] 胡,B。;Xu,Y。;Hu,J.,Rosenau-Burgers方程的Crank-Nicolson有限差分格式,应用。数学。计算。,204, 311-316 (2008) ·Zbl 1166.65041号
[22] Kansa,E.J.,计算流体动力学中的多二次散射数据近似格式,II:双曲、抛物和椭圆偏微分方程的解,Comput。数学。申请。,19, 149-161 (1990) ·Zbl 0850.76048号 ·doi:10.1016/0898-1221(90)90095-2
[23] 拉斯金,N.,分数量子力学和拉维路径积分,物理学。莱特。A、 268298-305(2000)·Zbl 0948.81595号 ·doi:10.1016/S0375-9601(00)00201-2
[24] 拉斯金,N.,分数量子力学,物理学。修订版E,6213135-3145(2000)·doi:10.1103/PhysRevE.62.3135
[25] 拉斯金,N.,时间分数量子力学,混沌,102,16-28(2017)·Zbl 1374.81059号
[26] 刘,O。;顾义堂。;刘,F。;Nie,Y.F.,时间分数阶扩散方程的隐式RBF无网格方法,计算。机械。,48, 1-12 (2011) ·Zbl 1377.76025号 ·doi:10.1007/s00466-011-0573-x
[27] 刘,Q。;曾,F。;Li,C.,时空分式薛定谔方程的有限差分方法,国际J计算。数学。,92, 7, 1439-1451 (2014) ·Zbl 1325.65124号 ·doi:10.1080/00207160.2014.945440
[28] Madcy,W.R。;Nelson,S.A.,多元插值和条件正定函数II,数学。计算。,54, 211-230 (1990) ·Zbl 0859.41004号 ·doi:10.1090/S0025-5718-1990-0993931-7
[29] Madych,W.R.,多二次曲面和相关插值的杂项误差界,计算。数学。申请。,24, 121-138 (1992) ·Zbl 0766.41003号 ·doi:10.1016/0898-1221(92)90175-H
[30] Mardani,A。;Hooshmandasl,M.R。;海达里,M.H。;Cattani,C.,求解变系数时间分数阶对流扩散方程的无网格方法,计算。数学。申请。,75, 1, 122-133 (2018) ·Zbl 1418.65144号 ·doi:10.1016/j.camw.2017.08.038
[31] Meerschaert,M.M。;Tadjeran,C.,双边空间分数阶偏微分方程的有限差分逼近,应用。数字数学。,56, 80-90 (2006) ·Zbl 1086.65087号 ·doi:10.1016/j.apnum.2005.02.008
[32] Michelli,C.A.,散乱数据的插值:距离矩阵和条件正定函数,构造。大约211-22(1986年)·Zbl 0625.41005号 ·doi:10.1007/BF01893414
[33] Miller,K.S。;Ross,B.,《分数微积分和分数微分方程导论》(1993),John Wiley and Sons Inc.:John Willey and Sons Inc,纽约·Zbl 0789.26002号
[34] 莫赫比,A。;阿巴斯扎德,M。;Dehghan,M.,《基于配点和径向基函数的无网格技术用于求解方程力学中产生的时间分数阶非线性薛定谔方程》,《工程分析》。已绑定。元素。,37, 475-485 (2013) ·Zbl 1352.65397号 ·doi:10.1016/j.enganabound.2012.12.002
[35] 莫赫比,A。;阿巴斯扎德,M。;Dehghan,M.,通过径向基函数(RBF)无网格方法求解二维修正反常分数次扩散方程,工程分析。已绑定。元素。,38, 72-82 (2014) ·Zbl 1287.65089号 ·doi:10.1016/j.enganabound.2013.09.015
[36] Momani,S.,分数KdV方程的显式和数值解,数学。计算。在模拟中。,70, 110-118 (2005) ·Zbl 1119.65394号 ·doi:10.1016/j.matcom.2005.05.001
[37] Naber,M.,时间分数阶薛定谔方程,J.Math。物理。,45, 8, 3339-3352 (2004) ·Zbl 1071.81035号 ·doi:10.1063/1.1769611
[38] Oldham,K.B。;Spanier,J.,《分数微积分》(1974),学术出版社:学术出版社,纽约-伦敦·Zbl 0292.26011号
[39] Podlubny,I.,分数微分方程(1999),学术出版社:圣地亚哥学术出版社·兹比尔0924.34008
[40] Ran,M。;Zhang,C.,非线性时空分数阶Schrödinger方程的线性化Crank-Nicolson格式,J.Compute。申请。数学。,355, 218-231 (2019) ·Zbl 1419.65027号 ·doi:10.1016/j.cam.2019.01.045
[41] 瑞达,S.Z。;El-Sherbiny,H.M。;Arafa,A.,关于分数阶非线性薛定谔方程的解,Phys。莱特。A、 372553-558(2008)·Zbl 1217.81068号 ·doi:10.1016/j.physleta.2007.06.071
[42] Schaback,R.,径向基函数插值的误差估计和条件数,计算进展。数学。,32, 2, 251-264 (1995) ·Zbl 0861.65007号 ·doi:10.1007/BF02432002
[43] 孙,Z。;Wu,X.,扩散波系统的全离散差分格式,应用。数字数学。,56, 193-209 (2006) ·Zbl 1094.65083号 ·doi:10.1016/j.apnum.2005.03.003
[44] 新罕布什尔州斯威兰。;Abou Hasan,M.M.,热弹性抛物方程和双曲方程一般耦合非线性系统的数值解,《欧洲物理学》。J.Plus,132,5,1-16(2017)·doi:10.1140/epjp/i2017-11484-x
[45] Tarwater,A.E.,《哈代散乱数据插值多重二次曲面方法的参数研究》。劳伦斯·利弗莫尔国家实验室,技术报告,1985年。UCRL-54670。
[46] 乌丁,M。;Haq,S.,时间分数阶偏微分方程的RBF近似方法,Commun。非线性科学。数字。模拟。,16, 4208-4214 (2011) ·Zbl 1220.65145号 ·doi:10.1016/j.cnsns.2011.03.021
[47] 瓦达蒂,M。;Izuka,T。;Hisakado,M.,耦合非线性薛定谔方程和光孤子,J.Phys。日本社会,612241-2245(1992)·doi:10.1143/JPSJ.61.2241
[48] Wang,T。;聂,T。;张,L.,耦合非线性薛定谔系统辛差分格式的分析,J.Compute。申请。数学。,231, 745-759 (2009) ·Zbl 1172.65049号 ·doi:10.1016/j.cam.2009.04.022
[49] 王,D。;肖,A。;Yang,W.,Riesz空间分数导数耦合非线性薛定谔方程的Crank-Nicolson差分格式,J.Comput。物理。,242, 670-681 (2013) ·Zbl 1297.65100号 ·doi:10.1016/j.jcp.2013.02.037
[50] Wei,L。;何毅。;张,X。;Whang,S.,时间分数阶Schrödinger方程隐式全离散局部间断Galerkin方法的分析,有限元。分析。设计。,59, 28-34 (2012) ·doi:10.1016/j.finel.2012.03.008
[51] Wei,L。;张,X。;库马尔,S。;《基于隐式全离散局部间断Galerkin方法的分数阶耦合Schrödinger系统的数值研究》,计算。数学。申请。,64, 8, 2603-2615 (2012) ·Zbl 1268.65139号 ·doi:10.1016/j.camwa.2012.07.004
[52] Wendland,H.,《分散数据近似》,剑桥应用和计算数学专著,17(2005),剑桥大学出版社:剑桥大学出版社,剑桥·Zbl 1075.65021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。