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随机分数阶非线性波动方程保持物理性质的数值模拟。 (英文) Zbl 1481.60125号

摘要:本文数值求解了一个随机空间分数阶非线性波动方程,其中包括分数阶导数、非线性项、阻尼项和噪声项。详细推导了连续情况下系统的能量,并证明了离散保能物理特性。我们提出了一种基于二阶分数阶差分的Crank-Nicolson差分离散化的数值方法。具有两种不同噪声的随机空间分数阶非线性波动方程的数值格式在适当的条件下具有耗散守恒或能量守恒。此外,在期望意义下给出了数值格式在时间和空间上的收敛阶。对不同类型噪声的数值实验表明,耗散性或守恒性与理论结果一致。

MSC公司:

60甲15 随机偏微分方程(随机分析方面)
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立方米 随机微分和积分方程的数值解
35卢比60 随机偏微分方程的偏微分方程
35兰特 分数阶偏微分方程
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全文: 内政部

参考文献:

[1] 安东·R。;科恩,D。;拉尔森,S。;Wang,X.,乘性噪声驱动的半线性随机波动方程的完全离散化,SIAM J Numer Ana,54,2,1093-1119(2016)·Zbl 1336.65008号
[2] 巴莱蒂。;布鲁格纳诺,L。;Caccia,G.F。;Iawernaro,F.,非线性薛定谔方程的能量守恒方法,应用数学计算,318,3-18(2018)·Zbl 1426.65202号
[3] 布鲁格纳诺,L。;Caccia,G.F。;Iaverano,F.,半线性波动方程数值解中的能量守恒问题,应用数学计算,270,842-870(2015)·Zbl 1410.65477号
[4] Cabaña,E.M.,关于振动弦的势垒问题,概率论相关场,22,1,13-24(1972)·Zbl 0214.16801号
[5] 曹毅。;Yin,L.,时空白噪声驱动的随机波动方程的谱伽辽金方法,《纯粹通信与应用分析》,6,3,607(2007)·兹比尔1138.65005
[6] 陈,C。;Hong,J。;Zhang,L.,通过随机多符号方法保存带有加性噪声的随机麦克斯韦方程的物理性质,计算物理杂志,306500-519(2016)·Zbl 1351.78061号
[7] Chow,P.,多项式非线性随机波动方程,应用概率年鉴,12,1,361-381(2002)·Zbl 1017.60071号
[8] Chow,P.,《随机偏微分方程》(2014),CRC出版社
[9] Da Prato,G。;Zabczyk,J.,《无限维随机方程》(2014),剑桥大学出版社·Zbl 1317.60077号
[10] Dalang,R.C.,《随机偏微分方程微型教程》,《科学计算杂志》,64,1,39-71(2009)
[11] De Bouard,A。;Debussche,A.,带乘性噪声的随机非线性薛定谔方程,《公共数学物理》,205,1161-181(1999)·Zbl 0952.60061号
[12] 德彪西,A。;Di Menza,L.,聚焦随机非线性薛定谔方程的数值模拟,物理D,162,3-4,131-154(2002)·Zbl 0988.35156号
[13] 德彪西,A。;Printems,J.,随机korteweg-de-vries方程的数值模拟,Physica D,134,2200-226(1999)·Zbl 0948.76038号
[14] Duan,J.,《随机动力学导论》(2015),剑桥大学出版社·Zbl 1359.60003号
[15] Duan,J。;Wei,W.,随机偏微分方程的有效动力学(2014),Elsevier·Zbl 1298.60006号
[16] 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
[17] Hong,J。;纪磊。;Zhang,L.,带加性噪声的随机麦克斯韦方程的随机多符号格式,计算物理杂志,268255-268(2014)·Zbl 1349.65536号
[18] Hong,J。;纪磊。;张,L。;蔡,J.,带乘性噪声随机麦克斯韦方程的能量守恒方法,计算物理杂志,351,216-229(2017)·Zbl 1380.65302号
[19] Kong,L。;Hong,J。;Zhang,J.,麦克斯韦方程的分裂多符号积分器,计算物理杂志,229,11,4259-4278(2010)·Zbl 1192.78045号
[20] 李毅。;Wang,Y。;Deng,W.,随机时空分数波方程的Galerkin有限元近似,SIAM J Numer Anal,55,63173-202(2017)·Zbl 1380.65017号
[21] 李毅。;Wang,Y。;Deng,W.,Galerkin有限元逼近带乘性白噪声和分数高斯噪声的半线性随机时变分数阶波动方程,arXiv预印本arXiv:191107052(2019)
[22] 刘,Z。;张,H。;严,J。;Song,S.,带乘性噪声随机空分非线性薛定谔方程的快速质量守恒显式分裂方法,应用数学-莱特,98,419-426(2019)·Zbl 1480.35357号
[23] Macías-Díaz,J.E.,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
[24] Macías-Díaz,J.E.,多维riesz空分非线性波动方程的显式耗散-保护方法,Commun非线性科学数值模拟,59,67-87(2018)·Zbl 1510.65200号
[25] Macías-Díaz,J.E.,非线性多维分数阶波动方程的数值高效耗散-保护隐式方法,科学计算杂志,77,1,1-26(2018)·Zbl 1407.65119号
[26] Macías-Díaz,J.E。;亨迪,A.S。;De Staelen,R.H.,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)·Zbl 1429.65190号
[27] Podlubny,I.,《分数阶微分方程:分数阶导数、分数阶微分方程、求解方法及其一些应用的介绍》(1998),爱思唯尔·Zbl 0922.45001号
[28] Sousa,J.V.d.C。;de Oliveira,E.C.,《关于(psi)-Hilfer分数导数》,《公共非线性科学数字模拟》,60,72-91(2018)·Zbl 1470.26015号
[29] Sousa,J.V.d.C。;de Oliveira,E.C.,Leibniz类型规则:(\psi\)-Hilfer分数算子,公共非线性科学数值模拟,77,305-311(2019)·Zbl 1477.26012号
[30] 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,84,294,1703-1727(2015)·Zbl 1318.65058号
[31] Walsh,J.B.,《随机偏微分方程导论》,《圣弗洛尔概率》XIV-1984(1986),施普林格出版社·Zbl 0608.60060号
[32] 王,P。;Huang,C.,分数阶ginzburg-Landau方程的隐式中点差分格式,计算物理杂志,31231-49(2016)·Zbl 1351.76191号
[33] 王,Q。;张,Z。;张,X。;朱强,改进的boussinesq方程的保能有限体积元法,计算物理杂志,270,58-69(2014)·Zbl 1349.76405号
[34] Wang,X.,非线性随机波动方程时间离散的指数积分格式,科学计算杂志,64,1,234-263(2015)·兹比尔1322.65022
[35] 王,X。;甘,S。;Tang,J.,带加性时空白噪声的半线性随机波动方程的高阶强逼近,SIAM科学计算杂志,36,6,A2611-A2632(2014)·Zbl 1322.65023号
[36] 谢军。;Zhang,Z.,分数维空间非线性波动方程的有效耗散保四阶差分求解器,科学计算杂志,79,3,1753-1776(2019)·Zbl 1422.65192号
[37] 严,J。;Zhang,Z.,利用哈密顿边值和傅里叶伪谱方法求解良好boussinesq方程的新保能格式,计算物理通讯,201,33-42(2016)·Zbl 1348.76107号
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