×

空间分数阶非线性阻尼波方程的一种快速实现的四阶耗散-保护算法。 (英语) Zbl 1448.65105号

摘要:本文数值研究了空间分数阶非线性阻尼波动方程。我们利用新的四阶分数阶中心差分算子构造了一种新的高精度耗散-保持有限差分格式。借助于toeplitz型微分矩阵,我们通过快速傅里叶变换进一步提高了该方案的计算效率。此外,我们分别在(L^2)和(H^{alpha/2})((1<alpha\leq2)范数下获得了我们所提出方案的误差估计。最后,通过长时间观测的一维和二维数值实验,验证了所提方案的离散耗散-守恒定律和收敛性。

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
26A33飞机 分数导数和积分
35升05 波动方程
35兰特 分数阶偏微分方程
PDF格式BibTeX公司 XML格式引用
全文: 内政部

参考文献:

[1] Akrivis,G。;杜加利斯,V。;Karakashian,O.,关于非线性薛定谔方程二阶时间精度的全离散Galerkin方法,数值数学,59,31-53(1991)·Zbl 0739.65096号
[2] Alfimov,G。;Pierantozzi,T。;Vázquez,L.,分数阶正弦-戈登方程的数值研究,分形微分应用,4153-162(2004)·Zbl 1099.35520号
[3] 程序交响乐应用数学
[4] 布·W。;Tang,Y。;Wu,Y。;Yang,J.,Crank-Nicolson ADI-Galerkin二维分数阶FitzHugh-Nagumo单域模型有限元方法,应用数学计算,257355-364(2015)·Zbl 1339.65170号
[5] 克劳迪亚诺,O。;Marcelo,M.,关于指数源二维波动方程解的存在性、均匀衰变率和爆破,Calc-Var偏微分方程,34377-411(2009)·Zbl 1172.35043号
[6] 切利克,C。;Duman,M.,带Riesz分数导数的分数阶扩散方程的Crank-Nicolson方法,《计算物理杂志》,2311743-1750(2012)·Zbl 1242.65157号
[7] 陈,S。;刘,F。;蒋,X。;特纳,I。;Anh,V.,求解具有可变扩散系数的非线性双边空间分数扩散方程的快速半隐式差分方法,应用数学计算,257591-601(2015)·Zbl 1339.65104号
[8] 陈,S。;蒋,X。;刘,F。;Turner,I.,Riesz空分电报方程的高阶无条件稳定差分格式,J Comput Appl Math,278119-129(2015)·Zbl 1304.65202号
[9] 蔡伟(Cai,W.)。;江,C。;Wang,Y。;Song,Y.,带Neumann边界条件的二维sine-Gordon方程的结构保持算法,计算物理杂志,395166-185(2019)·Zbl 1452.65393号
[10] Djidjeli,K。;价格,W。;Twizell,E.,两个空间变量中阻尼正弦Gordon方程的数值解,工程数学杂志,29347-369(1995)·Zbl 0841.65083号
[11] 邓,D。;Zhang,C.,非线性阻尼波动方程的一类新的四阶解算器,计算物理通讯,184,86-101(2013)·Zbl 1306.65241号
[12] Darani,M.,二维Klein-Gordon方程的直接无网格局部Petrov-Galerkin方法,Eng-Anal Bound Elem,74,1-13(2017)·Zbl 1403.65066号
[13] 丁,H。;Li,C.,通过构造新的生成函数实现Riesz导数的高阶数值算法,科学计算杂志,71,759-784(2017)·Zbl 1398.65030号
[14] 弗里德曼,A.,《现代分析基础》(1970),快递公司:纽约快递公司·Zbl 0198.07601号
[15] Fu,Y。;蔡伟(Cai,W.)。;Wang,Y.,非线性分数阶哈密顿波动方程的显式结构保护算法,Appl Math Lett,102,106123(2020)·Zbl 1440.65087号
[16] Guo,B.,分数阶偏微分方程及其数值解(2011),科学出版社:中国科学出版社
[17] Gepreel,K。;Mohamed,M.,非线性时空分数Klein-Gordon方程的解析近似解,Chin Phys B,2210201(2013)
[18] 郝,Z。;孙,Z。;Cao,W.,分数导数的四阶近似及其应用,《计算物理杂志》,281787-805(2015)·Zbl 1352.65238号
[19] 亨迪。;Macías-Díaz,J.,Riesz空分Klein-Gordon-Zakharov系统的数值高效保守模型,Commun非线性科学数值模拟,71,22-37(2019)·Zbl 1464.65084号
[20] 柯克帕特里克,K。;Lenzmann,E。;Staffilani,G.,《关于具有长程晶格相互作用的离散NLS的连续极限》,《公共数学物理》,317563-591(2013)·Zbl 1258.35182号
[21] Lubich,C.,离散分数阶微积分,SIAM数学分析杂志,17,704-719(1986)·Zbl 0624.65015号
[22] 李,S。;Vu-Quoc,L.,非线性Klein-Gordon方程一类算法的有限差分-微积分不变结构,SIAM J Numer Ana,32,1839-1875(1995)·Zbl 0847.65062号
[23] 拉斯金,N.,分数量子力学和Lévy路径积分,《物理学报》,268298-305(2000)·Zbl 0948.81595号
[24] 拉斯金,N.,分数量子力学,《物理学评论E》,623135(2000)
[25] 拉斯金,N.,分数薛定谔方程,《物理学评论E》,66,56108(2002)
[26] Laub,A.,《科学家和工程师矩阵分析》(2005),SIAM,Davis,California·Zbl 1077.15001号
[27] 刘,Y。;杜,Y。;李,H。;Wang,J.,非线性时间分数阶电缆方程的双网格有限元近似,非线性Dyn,85,2535-2548(2016)·Zbl 1349.65429号
[28] 李,M。;顾,X。;黄,C。;费先生。;Zhang,G.,强耦合非线性分数阶薛定谔方程的快速线性化保守有限元方法,计算机物理,358256-282(2018)·兹比尔1382.65320
[29] Meerschaert,M。;Tadjeran,C.,分数阶对流扩散方程的有限差分近似,计算应用数学杂志,172,65-77(2004)·Zbl 1126.76346号
[30] Miškinis,P.,非线性非局部可积sine-Gordon方程,数学模型分析,10367-376(2005)·Zbl 1099.35117号
[31] Macías-Díaz,J.,一类具有Riesz空间分数导数的非线性耗散波方程的结构保护方法,计算物理杂志,351,40-58(2017)·Zbl 1380.65164号
[32] Macías-Díaz,J。;亨迪。;De Staelen,R.,Riesz空间分数非线性波动方程的紧致四阶空间能量保持方法,应用数学计算,325,1-14(2018)·兹比尔1429.65190
[33] Macías-Díaz,J。;亨迪。;De Staelen,R.,用Riesz空间分数导数求解相对论波动方程的伪能量不变方法,计算物理通讯,22498-107(2018)·Zbl 07694296号
[34] 12(文章ID 48391)·Zbl 1122.26007号
[35] Pasquali,S.,非相对论极限下非线性Klein-Gordon方程的几乎全局存在性,《数学物理杂志》,59,11502(2018)·Zbl 1383.35197号
[36] 潘凯,金霞,何迪,张琼。二维空间分数阶非线性薛定谔方程数值解的最优逐点误差估计。arXiv:1910083112019。
[37] 齐,H。;蒋,X.,时空分数阶Cattaneo扩散方程的解,Phys A,3901876-1883(2011)·Zbl 1225.35253号
[38] Sun,Z.,关于广义Zakharov方程的有限差分方法的注记,东南大学学报(英文版),16,84-86(2000)·Zbl 1007.65052号
[39] Sheng,Q。;Khaliq,A。;Voss,D.,通过分裂余弦方案对二维正弦-戈登孤子进行数值模拟,数学计算模拟,68,355-373(2005)·Zbl 1073.65095号
[40] 萨达曼迪,A。;Dehghan,M。;Azizi,M.,一类变系数分数阶对流扩散方程的Sinc-Legendre配点法,Commun非线性Sci-Numer Simul,17,4125-4136(2012)·Zbl 1250.65121号
[41] Dehghan,M。;Abbaszadeh,M.,带空间和时间分数阶导数的二维弱奇异积分-偏微分方程解的有限元/有限差分技术的误差估计,《计算应用数学杂志》,356314-328(2019)·Zbl 1419.65015号
[42] 塔拉索夫,V。;Zaslavsky,G.,分形介质的分数Ginzburg-Landau方程,Phys A,354,249-261(2005)
[43] 田伟。;周,H。;Deng,W.,解空间分数阶扩散方程的一类二阶差分逼近,数学计算,841703-1727(2015)·兹比尔1318.65058
[44] Vu-Quoc,L。;Li,S.,非线性Klein-Gordon方程的不变守恒有限差分算法,Comput Methods Appl Mech Eng,107341-391(1993)·Zbl 0790.65101号
[45] 王,D。;肖,A。;Yang,W.,带Riesz空间分数阶导数的耦合非线性Schrödinger方程的Crank-Nicolson差分格式,计算物理杂志,242670-681(2013)·Zbl 1297.65100号
[46] 王,P。;Huang,C.,非线性分数阶Schrödinger方程的能量守恒差分格式,计算物理杂志,293,238-251(2015)·Zbl 1349.65346号
[47] 肖,A。;Wang,J.,分数拉普拉斯算子的薛定谔方程的辛格式,Appl Numer Math,146469-487(2019)·Zbl 1423.81070号
[48] 谢军。;Zhang,Z.,分数维空间非线性波动方程的有效耗散保护四阶差分求解器,科学计算杂志,79,1753-1776(2019)·Zbl 1422.65192号
[49] 杨琼。;特纳,I。;刘,F。;Ilic,M.,求解二维时空分数阶扩散方程的新型数值方法,SIAM科学计算杂志,331159-1180(2011)·Zbl 1229.35315号
[50] 周瑜,离散泛函分析在有限差分方法中的应用(1990),国际学术出版社:北京国际学术出版社
[51] 周,H。;田伟。;Deng,W.,空间分数阶扩散方程的拟紧有限差分格式,科学计算杂志,56,45-66(2013)·Zbl 1278.65130号
[52] 曾,F。;刘,F。;李,C。;Burrage,K。;特纳,I。;Anh,V.,二维Riesz空间分数阶非线性反应扩散方程的Crank-Nicolson ADI谱方法,SIAM J Numer Ana,52,2599-2622(2014)·Zbl 1382.65349号
[53] X.赵。;孙,Z。;Hao,Z.,二维非线性空间分数阶薛定谔方程的四阶紧致ADI格式,SIAM J Sci-Comput,36,A2865-A2886(2014)·Zbl 1328.65187号
[54] 赵,J。;李毅。;Xu,Y.,Riesz空间分数阶非线性波动方程的显式四阶能量保持格式,应用数学计算,351,124-138(2019)·Zbl 1429.65209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。