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具有Neumann边界条件的时间分数阶反应扩散方程的Gauss-Lobatto-Legendre-Birkhoff伪谱格式。 (英语) Zbl 1499.65569号

摘要:本文结合时间上的有限差分法和空间上的高斯-洛巴托-列根德-比尔霍夫(GLLB)伪谱方法,提出了一种求解具有Neumann边界条件的时间分数阶反应扩散方程的有效数值格式。GLLB求积公式涉及端点处的一阶导数值,这允许自然准确地施加Neumann边界条件。证明了该格式是无条件稳定且收敛的,阶为(O(tau^2+N^{-m}),其中(tau,N)和(m)表示精确解的时间步长、多项式次数和空间正则性。进行了数值实验以支持理论分析。

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65M70型 偏微分方程初值和初边值问题的谱、配置及相关方法
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
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号35 偏微分方程边值问题的谱、配置及相关方法
35兰特 分数阶偏微分方程
65天32分 数值求积和体积公式
35B65毫米 偏微分方程解的光滑性和正则性
26A33飞机 分数导数和积分
35K57型 反应扩散方程

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全文: 内政部

参考文献:

[1] Alikhanov,A.A.,时间分数扩散方程的新差分格式,J.Compute。物理。,280, 424-438 (2015) ·Zbl 1349.65261号
[2] Behroozifar,M。;Sazmand,A.,基于雅可比多项式的时间分数对流扩散方程的近似解,应用。数学。计算。,296,1-17(2017)·Zbl 1411.35270号
[3] Bernardi,C.和Maday,Y.,《光谱方法》,摘自《数值分析手册》,P.G.Ciarlet和J.L.Lions,eds.,《科学计算技术》,第5卷,Elsevier,阿姆斯特丹,1997年·Zbl 0884.65001号
[4] 陈,H。;吕,S.J。;Chen,W.P.,半无限信道中时间分数阶扩散波方程的谱方法,计算。数学。申请。,71, 1818-1830 (2016) ·Zbl 1443.65239号
[5] Cui,M.R.,分数阶对流扩散方程的高阶紧致指数格式,J.Compute。申请。数学。,255, 404-416 (2014) ·Zbl 1291.65260号
[6] Deng,W.H.,空间和时间分数阶Fokker-Planck方程的有限元方法,SIAM J.Numer。分析。,47, 1, 204-226 (2008) ·Zbl 1416.65344号
[7] 埃兹拉尼,A。;Guessab,A.,具有混合边界条件和一些集中质谱近似的高斯型求积公式的快速算法,数学。计算。,68, 225, 217-249 (1999) ·Zbl 0916.65020号
[8] 菲特,A.D。;古德温,A.R.H。;罗纳尔逊,K.A。;Wakeham,W.A.,《石油工业中使用的MEMS粘度计的分数微分方程》,J.Compute。申请。数学。,229, 373-381 (2009) ·Zbl 1235.34201号
[9] 新泽西州福特。;Xiao,J.Y。;Yan,Y.B.,时间分数阶偏微分方程的有限元方法,分形。计算应用程序。分析。,14, 3, 454-474 (2011) ·Zbl 1273.65142号
[10] 高,G.H。;Sun,Z.Z.,分数次扩散方程的紧致有限差分格式,J.Compute。物理。,230, 586-595 (2011) ·Zbl 1211.65112号
[11] 高,G.H。;Sun,H.W.,时间分数阶平流扩散方程光滑解的三点组合紧致差分格式,J.Compute。物理。,298520-538(2015年)·Zbl 1349.65294号
[12] 黄J.F。;Tang,Y.F。;瓦茨奎兹,L。;Yang,J.Y.,时间分数阶扩散波方程的两个有限差分格式,数值。算法,64,707-720(2013)·Zbl 1284.65103号
[13] 姜浩。;刘,F。;特纳,I。;Burrage,K.,有限域中多项时间分数阶扩散波/扩散方程的分析解,计算。数学。申请。,64, 3377-3388 (2012) ·Zbl 1268.35124号
[14] Jin,B.T。;拉扎罗夫,R。;Liu,Y.K。;Zhou,Z.,多项时间分数阶扩散方程的Galerkin有限元方法,J.Compute。物理。,281, 825-843 (2015) ·Zbl 1352.65350号
[15] Li,X.H。;Wong,P.J.Y.,分数次扩散问题的高阶非多项式样条方法,J.Compute。物理。,328, 46-65 (2017) ·Zbl 1406.65097号
[16] 李晓杰。;Xu,C.J.,时间分数扩散方程的时空谱方法,SIAM。J.数字。分析。,47, 3, 2108-2131 (2009) ·Zbl 1193.35243号
[17] Lin,Y.M。;Xu,C.J.,时间分数扩散方程的有限差分/谱近似,J.Compute。物理。,225, 1533-1552 (2007) ·Zbl 1126.65121号
[18] Liu,Y.M。;Yan,Y.B。;Khan,M.,解线性空间分数阶偏微分方程的间断Galerkin时间步长法,应用。数字。数学。,115, 200-213 (2017) ·Zbl 1358.65066号
[19] Lubich,C.,离散分数微积分,SIAM J.数学。分析。,17, 3, 704-719 (1986) ·Zbl 0624.65015号
[20] 梅茨勒,R。;Klafter,J.,《异常扩散的随机行走指南:分数动力学方法》,《物理学》。代表,339,1-77(2000)·Zbl 0984.82032号
[21] 莫赫比,A。;阿巴斯扎德,M。;Dehghan,M.,带非线性源项的修正反常分数次扩散方程的高阶无条件稳定格式,J.Compute。物理。,240, 36-48 (2013) ·Zbl 1287.65064号
[22] Mohyud-Din,S.T。;A.阿里。;Bin-Mohsin,B.,《分数阶生物种群模型》,国际生物数学杂志。,9, 5 (2016) ·Zbl 1342.92194号
[23] 任,J.C。;孙振中。;Zhao,X.,具有Neumann边界条件的分数次扩散方程的紧致差分格式,J.Compute。物理。,232, 456-467 (2013) ·Zbl 1291.35428号
[24] Scalas,E。;Gorenflo,R。;Mainardi,F.,分数微积分与连续时间金融,《物理学A》,284376-284(2000)
[25] Shen,J.,高效谱高斯方法I.使用勒让德多项式直接求解二阶和四阶方程,SIAM J.Sci。计算。,15, 6, 1489-1505 (1994) ·Zbl 0811.65097号
[26] 孙振中。;Wu,X.N.,扩散波系统的完全离散差分格式,应用。数字。数学。,193-209年(2006年)·Zbl 1094.65083号
[27] Wang,L.L。;Guo,B.Y.,基于Gauss-Lobatto-Legendre-Birkhoff求积的插值近似,J.近似理论,161142-173(2009)·Zbl 1179.47014号
[28] Xu,Y.,《拟正交多项式、求积和插值》,J.Math。分析。申请。,182, 779-799 (1994) ·Zbl 0802.42020号
[29] 徐庆伟。;Hesthaven,J.S.,分数阶对流扩散方程的间断Galerkin方法,SIAM J.Numer。分析。,52, 1, 405-423 (2014) ·Zbl 1297.26018号
[30] Yang,X.H。;张海霞。;Xu,D.,二维分数次扩散方程的正交样条配点法,J.Compute。物理。,256, 824-837 (2014) ·Zbl 1349.65529号
[31] Yaseen,M。;阿巴斯,M。;伊斯梅尔,A.I。;Nazir,T.,分数次扩散方程的三次三角B样条配置方法,应用。数学。计算。,293, 311-319 (2017) ·Zbl 1411.65140号
[32] Zhang,Y.N。;孙振中。;Liao,H.L.,非均匀网格上时间分数阶扩散方程的有限差分方法,J.Compute。物理。,265, 195-210 (2014) ·Zbl 1349.65359号
[33] X.赵。;Sun,Z.Z.,带Neumann边界条件的分数次扩散方程的箱型格式,J.Compute。物理。,230, 6061-6074 (2011) ·Zbl 1227.65075号
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