×

二维非线性耦合时间分数阶Schrödinger方程的快速算法Legendre-Galerkin谱方法及其参数估计。 (英语) Zbl 1524.65657号

小结:在本文中,我们基于核(t^{-1-α})的有效指数和(SOE)近似,导出了一种快速算法的(mathrm{L1})Legendre-Galerkin谱方法,用于求解二维非线性耦合时间分数阶Schrödinger方程。基于误差分裂变元技术和离散分数Gronwall型不等式,该数值方法在没有Courant-Freedrichs-Lewy(CFL)条件的情况下是稳定的。同时,我们使用全隐式方法处理非线性项。对于非光滑解,我们采用分级网格方法。此外,我们利用与Lévy航班相关的杜鹃搜索算法估计了方程中的参数,包括分数导数指数和非线性项的系数。通过数值算例验证了理论分析,验证了快速算法和估计方法的有效性。

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
35兰特 分数阶偏微分方程
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 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
65岁15岁 涉及PDE的初值和初边值问题的误差界
65号35 偏微分方程边值问题的谱、配置及相关方法
42立方厘米 特殊正交函数中的傅里叶级数(勒让德多项式、沃尔什函数等)
55年第35季度 NLS方程(非线性薛定谔方程)
2011年第35季度 依赖时间的薛定谔方程和狄拉克方程

软件:

FODE公司
PDF格式BibTeX公司 XML格式引用
全文: 内政部

参考文献:

[1] 埃塞纳,A。;苏莱曼布,T。;Bulut,H。;Baskonus,H.,时空分数维耦合非线性薛定谔方程的光孤子,Optik。,167150-156(2018)
[2] 拉斯金,N.,分数量子力学,物理学。E版,623135-3145(2000)
[3] 拉斯金,N.,分数量子力学和Lévy路径积分,物理学。莱特。A、 268298-305(2000)·Zbl 0948.81595号
[4] 拉斯金,N.,分数薛定谔方程,物理学。E版,66,第056108条,pp.(2002)
[5] Naber,M.,时间分数阶薛定谔方程,J.Math。物理。,45, 3339-3352 (2004) ·Zbl 1071.81035号
[6] 加拉帕,R。;莫雷特布,I。;Popolizioc,M.,用Krylov投影方法求解时间分数阶Schrödinger方程,J.Compute。物理。,293, 115-134 (2015) ·Zbl 1349.65547号
[7] 王,P。;Huang,C.,分数阶薛定谔方程的保结构数值方法,应用。数字。数学。,129137-158(2018)·Zbl 1393.65055号
[8] 亨迪,A.S。;Zaky,M.A.,耦合非线性时空分数阶Schrödinger方程L1-Galerkin谱格式的全局一致性分析,应用。数字。数学。,156, 276-302 (2020) ·Zbl 1442.65372号
[9] Bhrawy,A.H。;Zaky,M.A.,多维时空变阶分数阶薛定谔方程的改进配置方法,应用。数字。数学。,111, 197-218 (2017) ·Zbl 1353.65106号
[10] Bhrawy,A.H。;Zaky,M.A.,多维空间变阶分数阶薛定谔方程的高精度数值格式,计算。数学。申请。,73, 1100-1117 (2017) ·Zbl 1412.65162号
[11] A.H.Bhrawy,M.A.Zaky,多维分布阶广义薛定谔方程的数值模拟,非线性动力学。2018(89)1415-1432·Zbl 1448.65180号
[12] Eslami,M.,分数阶耦合非线性薛定谔方程的精确行波解,应用。数学。计算。,285, 141-148 (2016) ·Zbl 1410.35273号
[13] 刘,Q。;曾,F。;Li,C.,时间空间分数阶薛定谔方程的有限差分法,国际计算机杂志。数学。,72, 1439-1451 (2015) ·Zbl 1325.65124号
[14] Podlubny,I.,分数微分方程(1999),学术出版社:圣地亚哥学术出版社·Zbl 0918.34010号
[15] 江,S。;张杰。;张,Q。;Zhang,Caputo分数阶导数的快速计算及其在分数阶扩散方程中的应用,Commun。计算。物理。,21, 650-678 (2017) ·Zbl 1488.65247号
[16] 梅茨勒,R。;Barkai,E。;Klafter,J.,《接近热平衡的反常扩散和弛豫:分数阶福克-普朗克方程方法》,Phys。修订稿。,82, 3563-3567 (1999)
[17] 哈吉普尔,M。;贾贾米,A。;巴利亚努,D。;Sun,H.,关于变阶分数阶反应扩散方程的精确离散化,Commun。非线性科学。数字。模拟。,69, 119-133 (2019) ·Zbl 1509.65071号
[18] 巴利亚努,D。;朱文克。;Machado,J.,《纳米技术和分数微积分应用的新趋势》(2010),施普林格出版社:纽约施普林格·兹比尔1196.65021
[19] 拉诺塞莱,Y。;Grebenkov,D.,混合起源的非高斯扩散,J.Phys。A.,52,第304001条pp.(2019)·Zbl 1509.60149号
[20] Sandev,T。;佐治亚州托莫夫斯基。;杜贝尔丹,J。;Chechkin,A.,带记忆核的广义扩散波方程,J.Phys。A.,52,第015201条pp.(2019)·Zbl 1422.35118号
[21] Mingarelli,A.,《关于广义导数和分数导数及其在经典力学中的应用》,J.Phys。A.,51,第365204条pp.(2018)·Zbl 1400.26015号
[22] 周,Y。;Peng,L.,关于时间分数阶Navier-Stokes方程,计算。数学。应用。,73, 874-891 (2017) ·Zbl 1409.76027号
[23] 刘,L。;郑,L。;刘,F。;Zhang,Z.,采用riesz分数Cattaneo-Christov通量的改进热传导模型,国际传热杂志,103,1191-1197(2016)
[24] 顾毅。;Sun,H.,求解三维时间分数阶微分扩散方程的无网格方法,应用。数学。型号。,78539-549(2020)·Zbl 1481.65130号
[25] 史,Y。;刘,F。;Zhao,Y。;Wang,F。;Turner,I.,求解不规则凸域上多项时间分数和riesz空间分布阶波动方程的非结构化网格有限元方法,应用。数学。型号。,73, 615-636 (2019) ·Zbl 1481.65190号
[26] 冯·L。;刘,F。;特纳,I。;杨琼。;庄,P.,不规则凸域上二维时空Riesz分数阶扩散方程的非结构网格有限差分/有限元方法,应用。数学。型号。,59, 441-463 (2018) ·Zbl 1480.65253号
[27] 梅茨勒,R。;Klafter,J.,分数阶扩散方程的边值问题,物理A,278107-125(2000)
[28] 巴利亚努,D。;Diethelm,K。;Scalas,E。;Trujillo,J.,《分数微积分:模型和数值方法》(2012),《世界科学:世界科学波士顿》·Zbl 1248.26011号
[29] 蒋,X。;Qi,H.,生物传热的热波模型及改进的Riemann-Liouville分数导数,J.Phys。A.,45,第485101条pp.(2012)·Zbl 1339.80006号
[30] 菲诺,A。;Ibrahim,H.,广义时空分数电报方程的解析解,数学。方法应用。科学。,361813-1824(2013)·Zbl 1273.35291号
[31] Khawaja,美国。;A.I.-R.efai,M。;Shchedrin,G。;Carr,L.,分数阶非线性薛定谔型方程具有任意大收敛半径的高精度幂级数解,J.Phys。A.,51,第235201条pp.(2018)·Zbl 1397.35280号
[32] 杨,X。;Feng,Y。;卡塔尼,C。;Inc,M.,具有衰减指数核的反常扩散方程的基本解,数学。方法。申请。科学。,42, 4054-4060 (2019) ·Zbl 1425.35228号
[33] 杨,X。;高,F。;Srivastava,H.,求解非线性局部分数阶偏微分方程的新计算方法,J.Compute。申请。数学。,339, 285-296 (2018) ·Zbl 1490.35530号
[34] 刘,Y。;杜,Y。;李,H。;He,S。;Gao,W.,非线性时间分数阶反应扩散问题的有限差分/有限元方法,计算。数学。申请。,70, 573-591 (2015) ·Zbl 1443.65209号
[35] 周,Y。;Peng,L.,时间分数阶Navier-Stokes方程的弱解和最优控制,计算。数学。应用。,73, 1016-1027 (2017) ·Zbl 1412.35233号
[36] Deng,W.,时间分数阶Fokker-Planck方程的数值算法,J.Compute。物理。,227, 1510-1522 (2007) ·Zbl 1388.35095号
[37] Deng,W.,空间和时间分数阶Fokker-Planck方程的有限元方法,SIAM J.Numer。分析。,47, 204-226 (2008) ·Zbl 1416.65344号
[38] 安斯沃思,M。;Mao,Z.,分数阶Cahn-Hilliard方程的分析和近似,SIAM J.Numer。分析。,55, 1689-1718 (2017) ·Zbl 1369.65124号
[39] Lin,Y。;Xu,C.,时间分数阶扩散方程的有限差分/谱近似,J.Compute。物理。,225, 1533-1552 (2007) ·Zbl 1126.65121号
[40] 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。分析。,52, 2599-2622 (2014) ·兹比尔1382.65349
[41] Dehghan,M。;Abbaszadeh,M.,基于修正基的勒让德谱元法(SEM),用于求解中性延迟分布阶分数阻尼扩散波方程,数学。方法应用。科学。,41, 3476-3494 (2018) ·Zbl 1395.65098号
[42] Sadegh,A。;哈吉普尔,M。;Baleanu,D.,非线性Volterra-Fredholm积分方程的分段三角基函数谱配置方法,应用。数学。计算。,370,第124915条pp.(2020)·Zbl 1433.65347号
[43] 坎农,J。;Lin,Y.,非线性抛物型积分微分方程的非经典h({}^1)投影和Galerkin方法,SIAM J.Numer。分析。,25, 187-201 (1988) ·Zbl 0685.65124号
[44] 尤因,R。;Wheeler,M.,多孔介质中混相驱替问题的Galerkin方法,SIAM J.Numer。分析。,17351-365(1980年)·Zbl 0458.76092号
[45] 福特,N。;罗德里格斯,M。;Vieira,N.,空间维数为2的分数阶薛定谔型方程的数值方法,分形。卡塞尔。申请。分析。,2013年1月16日至15日
[46] Luskin,M.,带非线性边界条件的非线性抛物方程的Galerkin方法,SIAM J.Numer。分析。,16, 284-299 (1979) ·Zbl 0405.65059号
[47] Li,B.,一些复杂非线性流动问题的数学建模、分析和计算(2012),香港城市大学:香港城市大学,(博士论文)
[48] Li博士。;张杰。;Zhang,Z.,非线性时间分数次反应-细分扩散方程线性化Galerkin方法的无条件最优误差估计,J.Sci。计算。,76, 848-866 (2018) ·Zbl 1397.65173号
[49] 张,H。;蒋,X.,二维非线性时间分数阶扩散波方程的无条件收敛数值方法,应用。数字。数学。,146, 1-12 (2019) ·Zbl 1507.65198号
[50] Elizalde,E。;Urteaga,R。;Koropecki,R。;Berli,C.,毛细管填充的逆问题,物理学。修订稿。,112,第134502条pp.(2014)
[51] A.帕西蒂。;佩格尼,M。;波昆,F。;Lacarbonara,W.,基于实验数据的非线性静态逆问题索力识别,Procedia Eng.,199,453-458(2017)
[52] 顾,X。;Gao,L.,图像复原中保边正则化参数估计的新方法,J.Compute。申请。数学。,225, 478-486 (2009) ·Zbl 1156.94006号
[53] Xu,L.,牛顿迭代算法在动力系统参数估计中的应用,J.Compute。申请。数学。,288, 33-43 (2015) ·Zbl 1314.93062号
[54] 杨,X。;Deb,S.,通过Lévy的航班进行布谷鸟搜索,(世界自然与生物启发计算大会(NaBic)(2009年),IEEE出版物:IEEE出版物美国)
[55] Solís-Pérez,J。;Gómez-Aguilar,J。;Escobar-Jiménez,R.,《含Mittag-Leffler内核的分数阶导数》(2019),施普林格出版社:施普林格柏林
[56] 池,X。;Yu,B。;Jiang,X.,基于实验热流数据的时间分数导热模型参数估计,应用。数学。莱特。,102,第106094条pp.(2020)·Zbl 1439.80002号
[57] 扎基,硕士。;亨迪,A.S。;Macías-Díaz,J.,具有光滑和非光滑解的非线性时空分数阶扩散反应方程的半隐式Galerkin-Legendre谱格式,J.Sci。计算。,82, 1-27 (2020) ·Zbl 1433.65247号
[58] Hendy,美国。;Zaky,M.A.,非线性多项时空分数阶扩散方程耦合系统的分级网格离散化,工程计算。,1-13 (2020)
[59] 廖,H。;Li博士。;Zhang,J.,线性反应细分扩散方程非均匀L1公式的夏普误差估计,SIAM J.Numer。分析。,56, 1112-1133 (2018) ·Zbl 1447.65026号
[60] 廖,H。;Mclean,W。;Zhang,J.,一个离散Gron¨wall不等式及其在细分扩散问题数值格式中的应用,SIAM J.Numer。分析。,57, 218-237 (2019) ·Zbl 1414.65008号
[61] 亚当斯,R。;Fournier,J.,Sobolev Spaces(2003),学术出版社:纽约学术出版社·Zbl 1098.46001号
[62] 郭,S。;梅,L。;Li,Y.,二维分数阶非线性反应扩散波方程的有效Galerkin谱方法,计算。数学。申请。,74, 2449-2465 (2017) ·Zbl 1402.65124号
[63] 沈杰。;唐,T。;Wang,L.,谱方法:算法、分析和应用(2011),施普林格:施普林格-海德堡·Zbl 1227.65117号
[64] 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,J.Compute。物理。,242, 670-681 (2013) ·Zbl 1297.65100号
[65] Yu,B。;蒋,X。;Qi,H.,估计加热广义二级流体分数阶Stokes第一问题Riemann-Liouville分数阶导数未知阶的反问题,Acta。机械。罪。,31, 153-161 (2015) ·Zbl 1346.35236号
[66] X.Liu,M.Stynes,多项时间分数阶初边值问题梯度网格上有限差分方法的误差分析,http://dx.doi.org/10.13140/RG.2.2.2.11306.06081。 ·Zbl 1451.65146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。