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具有特殊性质的Runge-Kutta型方法用于常微分方程的数值积分。 (英语) Zbl 1360.65194号

小结:在这项工作中,我们回顾了具有特殊性质的Runge-Kutta类型的单步方法。其中包括专门用于集成具有明显振荡特性的问题的方法,此类问题在天体力学和量子力学中经常出现。介绍了辛方法、指数拟合和三角拟合方法、最小相位图和相位滤波方法。这些是Runge-Kutta、Runge-Kutta-Nyström和Partitioned-Ronge-Kutta方法。给出了构造这种方法的理论以及几种具体方法。为了展示这些方法的性能,我们测试了所有类别的58种方法。我们考虑了Stiefel和Bettis研究的二维谐振子、二体问题、摆问题和轨道问题。我们还测试了用谐振子、双非谐振子和指数势计算一维与时间无关的薛定谔方程本征值的方法。

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65升06 常微分方程的多步、Runge-Kutta和外推方法
65页第10页 含辛积分器哈密顿系统的数值方法
2015年11月37日 动力系统的离散化方法和积分器(辛、变分、几何等)
65升05 常微分方程初值问题的数值方法
65升15 常微分方程特征值问题的数值解法
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全文: 内政部

参考文献:

[2] Butcher,J.C.,《常微分方程的数值方法》(2003),Wiley·Zbl 1040.65057号
[3] Fehlberg,E.,一阶和二阶微分方程组的新的具有步长控制的高阶Runge-Kutta公式,ZAMM,44,T17-T19(1964)·Zbl 0137.33105号
[4] Verner,J.H.,《关于导出显式Runge Kutta方法》(Proc.Conf.On Appl.Numer.Analysis.Proc.Conv.On Appl.Numer Analysis..数学课堂讲稿,第228卷(1971年),Springer Verlag)·Zbl 0233.65038号
[5] Dormand,J.R。;Prince,P.J.,Runge Kutta Nyström三人组,计算机。数学。申请。,12, 937-949 (1987) ·Zbl 0633.65061号
[6] 海尔,E。;诺塞特,S.P。;Wanner,G.,(求解常微分方程。I非刚性问题。求解常微分方程式。I非柔性问题,计算数学中的Springer级数,第8卷(1993),Springer-Verlag:Springer-Verlag Berlin Heidelberg)·Zbl 0789.65048号
[7] Lambert,J.D.,《常微分系统的数值方法:初值问题》(1991),J.Wiley·Zbl 0745.65049号
[8] Dormand,J.R.,微分方程的数值方法(1996),CRC出版社·Zbl 0847.65046号
[9] Gautschi,W.,基于三角多项式的常微分方程数值积分,Numer。数学。,3, 381-397 (1961) ·Zbl 0163.39002号
[10] Lyche,T.,常微分方程的切比雪夫多步方法,数值。数学。,19, 65-75 (1972) ·Zbl 0221.65123号
[11] 施蒂费尔,E。;Bettis,D.G.,《Cowell方法的稳定性》,Numer。数学。,13, 154-175 (1969) ·Zbl 0219.65062号
[12] Ixaru,L.集团。;Vanden Berghe,G.,指数拟合(2004),Kluwer学术出版社·Zbl 1105.65082号
[13] Paternoster,B.,基于三角多项式的具有周期解的常微分方程的Runge-Kutta(-Nyström)方法,Appl。数字。数学。,28, 401-412 (1998) ·Zbl 0927.65097号
[14] Simos,T.E.,用于周期或振荡解初值问题数值积分的指数填充Runge-Kutta方法,计算。物理学。Comm.,115,1-8(1998)·Zbl 1001.65080号
[15] Albrecht,P.,《RK方法的新理论方法》,SIAM J.Numer。分析。,24, 391-406 (1987) ·Zbl 0617.65067号
[16] Vanden Berghe,G。;De Meyer,H。;Van Daele,M。;Van Hecke,T.,指数拟合显式Runge-Kutta方法,计算。物理学。Comm.,123,7-15(1999)·Zbl 0948.65066号
[17] Simos,T.E.,具有振荡解的初值问题数值解的指数拟合Runge-Kutta-Nyström方法,应用。数学。莱特。,15, 217-225 (2002) ·Zbl 1003.65081号
[18] 布鲁萨。;Nigro,L.,《直接积分结构动力学方程的一步方法》,国际J·数值。方法工程,14685-699(1980)·Zbl 0426.65034号
[19] Van Der Houwen,P.J。;Sommeijer,B.P.,计算振荡解的减少相位误差的显式Runge-Kutta(-Nyström)方法,SIAM J.Numer。分析。,24, 595-617 (1987) ·Zbl 0624.65058号
[20] Raptis,A.D。;Simos,T.E.,二阶初值问题数值积分的四步相移方法,BIT,31,160-168(1991)·Zbl 0726.65089号
[21] 海尔,E。;卢比奇,Ch。;Wanner,G.,几何-数值积分(2002),Springer-Verlag·Zbl 0994.65135号
[22] 桑兹·塞尔纳,J.M。;卡尔沃,M.P.,《数值哈密顿问题》(1994),查普曼和霍尔:查普曼与霍尔伦敦·Zbl 0816.65042号
[23] Simos,T.E。;Vigo-Aguiar,J.,指数拟合辛积分器,Phys。E版,67,1-7(2003)
[24] Z.卡拉戈拉图。;单血管杆菌,Th。;Simos,T.E.,轨道问题数值积分的辛三角拟合修正分区Runge-Kutta方法,应用。数字。分析。计算。数学。(ANACM),2359-364(2005年)·Zbl 1084.65128号
[25] Van de Vyver,H.,四阶辛指数拟合积分器,计算。物理学。Comm.,174255-262(2006)·Zbl 1196.37122号
[26] Van de Vyver,H.,具有最小相位图的辛Runge-Kutta-Nyström方法,Phys。莱特。A、 367,16-24(2007年)·Zbl 1209.65075号
[27] 单血管杆菌,Th。;Z.卡拉戈拉图。;Simos,T.E.,具有最小相位图的辛分区Runge-Kutta方法,计算。物理学。通信,1811251-1254(2009)·Zbl 1219.65151号
[28] Monovasilis,Th.,Schrodinger方程数值积分的相位拟合辛分区Runge-Kutta方法,J.Math。化学。,50, 1736-1746 (2012) ·Zbl 1314.65157号
[29] 宽面条,F.M.,标准龙格-库塔方法,ZAMP,39,952-953(1988)·Zbl 0675.34010号
[30] Suris,Y.B.,哈密顿系统数值解中辛结构的保持,(Filippov,S.S.,微分方程的数值解,微分方程数值解,Akad.Nauk.SSSR(1988),Inst.Prikl。材料:仪表价格。Mat Moscow),148-160,(俄语)·Zbl 0786.34021号
[31] Sanz Serna,J.M.,哈密顿系统的龙格-库塔方案,BIT,28877-883(1988)·Zbl 0655.70013号
[32] 桑斯·塞尔纳,J.M。;Abia,L.,规范Runge-Kutta格式的阶条件,SIAM J.Numer。分析。,28, 1081-1096 (1991) ·Zbl 0785.65085号
[33] Berghe,G。;Van Daele,A。;Van de Vyver,H.,配置型指数拟合Runge-Kutta方法:可变节点的固定?,J.计算。分析。申请。,159, 217-239 (2003) ·Zbl 1031.65084号
[35] Simos,T.E.,Schrödinger方程数值解和相关问题的指数填充Runge-Kutta方法,计算。马特。科学。,18, 315-322 (2000)
[36] Simos,T.E.,用于薛定谔方程数值解的四阶代数指数拟合Runge-Kutta方法,IMA J.Numer。分析。,21, 919-931 (2001) ·Zbl 0990.65079号
[37] 阿纳斯塔西,Z.A。;Simos,T.E.,《轨道问题数值解的三角填充Runge-Kutta方法》,《新天文》。,10, 301-309 (2005)
[38] 阿纳斯塔西,Z.A。;Simos,T.E.,薛定谔方程数值解的三角拟合五阶龙格-库塔方法,数学。计算。建模,42,877-886(2005)·Zbl 1085.65063号
[39] 阿纳斯塔西,Z.A。;Simos,T.E.,Schrödinger方程数值解的三角拟合Runge-Kutta方法,J.Math。化学。,37, 281-293 (2005) ·兹比尔1070.81035
[40] Simos,T.E.,Schrödinger方程数值解的五阶代数三角拟合Runge-Kutta方法族,计算。马特。科学。,34, 342-354 (2005)
[41] 阿纳斯塔西,Z.A。;Simos,T.E.,用于薛定谔方程数值解的指数级达三阶的指数填充Runge-Kutta方法家族,J.Math。化学。,41, 79-100 (2007) ·Zbl 1125.81017号
[42] Vanden Berghe,G。;De Meyer,H。;Van Daele,M.,指数拟合龙格-库塔方法,计算机J。申请。数学。,125, 107-115 (2000) ·Zbl 0999.65065号
[43] Vanden Berghe,G。;Ixaru,L.集团。;De Meyer,H.,指数填充Runge-Kutta方法的频率确定和步长控制,J.Compute。申请。数学。,132, 95-105 (2001) ·Zbl 0991.65062号
[44] Vanden Berghe,G。;Ixaru,L.集团。;De Meyer,H.,最优隐式指数填充Runge-Kutta方法,计算。物理学。Comm.,140,346-357(2001)·Zbl 0990.65080号
[45] Avdelas,G。;Simos,T.E.,Schrödinger方程数值解的嵌入式八阶方法,J.Math。化学。,26, 327-341 (1999) ·Zbl 0954.65061号
[46] Franco,J.M.,《一对嵌入的指数拟合显式Runge-Kutta方法》,J.Compute。申请。数学。,149, 407-414 (2002) ·Zbl 1014.65061号
[47] 巴黎,A。;Randez,L.,《指数拟合Runge-Kutta方法的新嵌入显式对》,J.Compute。申请。数学。,234, 767-776 (2010) ·Zbl 1189.65144号
[48] Van de Vyver,H.,指数拟合Runge-Kutta方法的频率评估,J.Compute。分析。申请。,184, 442-463 (2005) ·Zbl 1077.65082号
[49] Van de Vyver,H.,Schrödinger方程数值解的一些特殊优化四阶Runge-Kutta方法的比较,计算。物理学。社区。,166, 109-122 (2005) ·Zbl 1196.81081号
[50] 卡尔沃,M。;Franco,J.M。;蒙蒂亚诺,J.I。;Randez,L.,指数拟合Runge-Kutta方法的结构保持,J.Compute。申请。数学。,218, 421-434 (2008) ·Zbl 1154.65341号
[51] 卡尔沃,M。;Franco,J.M。;蒙蒂亚诺,J.I。;Randez,L.,高斯型六阶对称和辛指数拟合修正Runge-Kutta方法,计算。物理学。Comm.,178732-744(2008)·Zbl 1196.70007号
[52] 卡尔沃,M。;Franco,J.M。;蒙蒂亚诺,J.I。;Randez,L.,高阶对称和辛指数拟合Runge-Kutta方法,计算。物理学。Comm.,1812044-2056(2010)·Zbl 1219.65148号
[54] Simos,T.E.,具有最小相位滞后的龙格-库塔插值,计算。数学。申请。,第26页,第43-49页(1993年)·Zbl 0791.65054号
[55] 卡尔沃,M。;Franco,J.M。;蒙蒂亚诺,J.I。;Randez,L.,振动解初值问题的显式Runge-Kutta方法,J.Compute。申请。数学。,76, 195-212 (1996) ·兹伯利0871.65073
[56] Simos,T.E.,振动解初值问题的具有无穷阶相位滞后的龙格-库塔-费尔伯格方法,计算。数学。申请。,25, 95-101 (1993) ·Zbl 0777.65046号
[57] Simos,T.E。;Vigo-Aguiar,J.,Schrödinger方程数值解的修正相位填充Runge-Kutta方法,J.Math。化学。,30121-131(2001年)·Zbl 1003.65082号
[58] Simos,T.E。;Vigo-Aguiar,J.,Schrödinger方程及相关问题数值解的一种具有无穷阶相图的修正Runge-Kutta方法,计算。化学。,25, 275-281 (2001) ·Zbl 1064.65069号
[59] Ch.Tsitouras。;Simos,T.E.,《振荡解问题的优化Runge-Kutta对》,J.Compute。申请。数学。,147, 397-409 (2002) ·Zbl 1013.65073号
[60] 卡尔沃,M。;Franco,J.M。;Randez,L.,计算声学的最小存储Runge-Kutta方案,计算。数学。申请。,45, 535-545 (2003) ·Zbl 1036.65059号
[61] 阿纳斯塔西,Z.A。;Simos,T.E.,轨道问题求解的优化Runge-Kutta方法,J.Compute。申请。数学。,175, 1-9 (2005) ·Zbl 1063.65059号
[62] Triantafyllidis,T.V。;阿纳斯塔西,Z.A。;Simos,T.E.,求解薛定谔方程的两种优化Runge-Kutta方法,MATCH Comm.Math。公司。化学。,60, 753-771 (2008) ·Zbl 1199.65244号
[63] Van de Vyver,H.,二阶周期初值问题的相位滤波和放大滤波显式两步混合方法,国际。现代物理学杂志。C、 17、663-675(2006)·Zbl 1107.82304号
[64] Dormand,J.R。;El-Mikkawy,M.E。;Prince,P.J.,Runge-Kutta-Nyström公式系列,IMA J.Numer。分析。,7, 235-250 (1987) ·Zbl 0624.65059号
[65] Dormand,J.R。;El-Mikkawy,M.E。;Prince,P.J.,高阶嵌入Runge-Kutta-Nyström公式,IMA J.Numer。分析。,7, 423-430 (1987) ·Zbl 0627.65085号
[66] 卡尔沃,M.P。;Sanz-Serna,J.M.,规范Runge-Kutta-NyströM方法的序条件,BIT,32,131-142(1992)·兹比尔0802.65089
[67] Z.卡拉戈拉图。;单血管杆菌,Th。;Simos,T.E.,用指数拟合Runge-Kutta-Nyström方法计算薛定谔方程的特征值,计算。物理学。Comm.,180,167-176(2009)·兹比尔1198.81088
[68] Z.卡拉戈拉图。;单血管杆菌,Th。;Simos,T.E.,薛定谔方程数值积分的新修正Runge-Kutta-Nyström方法,计算。数学。申请。,60, 1639-1647 (2010) ·Zbl 1202.65092号
[69] 卡洛吉拉图,Z。;Simos,T.E.,构建三角拟合和指数拟合的Runge-Kutta-Nyström方法,用于薛定谔方程和相关问题的数值解-一种八阶代数方法,J.Math。化学。,31, 212-232 (2002) ·Zbl 1002.65077号
[70] Franco,J.M.,指数拟合显式Runge-Kutta-NyströM方法,J.Compute。申请。数学。,167, 1-19 (2004) ·Zbl 1060.65073号
[71] Van de Vyver,H.,轨道问题数值解的嵌入指数拟合修正Runge-Kutta-Nyström方法,新天文。,11, 577-587 (2006)
[72] Van de Vyver,H.,振荡问题的5(3)对显式Runge-Kutta-Nyström方法,数学。计算。建模,45,708-716(2007)·Zbl 1165.65368号
[73] Simos,T.E。;迪马斯,E。;Sideridis,A.B.,特殊二阶周期初值问题数值积分的Runge-Kutta-Nyström方法,J.Compute。申请。数学。,51, 317-326 (1994) ·Zbl 0872.65066号
[74] Papageorgiou,G。;Famelis,I.Th。;Tsitouras,Ch.,P稳定的单对角隐式Runge-Kutta-Nyström方法,Numer。算法,17,345-353(1998)·Zbl 0939.65097号
[75] 帕帕科斯塔斯,S.N。;Ch.Tsitouras,《高相位lag阶Runge-Kutta和Nyström对》,SIAM J.Sci。计算。,21, 747-763 (1999) ·Zbl 0952.65054号
[76] Paternoster,B.,基于相位匹配的Runge-Kutta-Nyström方法,应用。数字。数学。,35, 339-355 (2000) ·Zbl 0979.65063号
[77] Okunber,D.I。;Skeel,R.D.,五阶和六阶规范Runge-Kutta-Nyström方法,J.Compute。申请。数学。,51, 375-382 (1994) ·Zbl 0872.65067号
[78] 卡尔沃,M.P。;Sanz-Serna,J.M.,高阶辛Runge-Kutta-NyströM方法,SIAM J.Sci。计算。,14, 1237-1252 (1993) ·Zbl 0787.65056号
[79] Tsitoras,Ch.,一种十阶辛Runge-Kutta-Nyström方法,天体力学。发电机。天文学。,74, 223-230 (1999) ·Zbl 0971.70007号
[80] 维戈·阿奎尔,J。;Simos,T.E。;托奇诺,A.,哈密尔顿问题的自适应辛积分器,国际。现代物理学杂志。C、 12225-234(2001)
[81] Van de Vyver,H.,轨道问题数值积分的辛指数拟合修正Runge-Kutta-Nyström方法,新天文学。,10, 261-269 (2005)
[82] 托奇诺,A。;Aguiar,J.V.,指数拟合Runge-Kutta-Nyström方法的辛条件,数学。计算。建模,42,873-876(2005)·Zbl 1086.65120号
[83] Franco,J.M.,用于解决振荡问题的RKN型指数拟合辛积分器,计算。物理学。Comm.,177479-492(2007)·Zbl 1196.65114号
[84] 单血管杆菌,Th。;Z.卡拉戈拉图。;Simos,T.E.,指数拟合辛Runge-Kutta-Nyström方法,应用。数学。通知。科学。,6, 29-33 (2012)
[85] Van de Vyver,H.,具有减少相位误差的四阶辛积分,国际。现代物理学杂志。C、 19、1257-1268(2008)·Zbl 1180.65168号
[86] Hofer,E.,《一种适用于大型刚性常微分方程组的部分隐式方法》,SIAM J.Numer。分析。,13, 645-663 (1976) ·Zbl 0399.65043号
[87] Ruth,R.D.,《规范积分技术》,IEEE Trans。核科学。,NS,30,2669-2671(1983)
[88] 森林,E。;Ruth,R.,四阶辛积分,Physica D,43,105-117(1990)·Zbl 0713.65044号
[89] 阿比亚,L。;Sanz-Serna,J.M.,可分离哈密顿问题的分区Runge-Kutta方法,数学。公司。,60, 617-634 (1993) ·Zbl 0777.65042号
[90] Z.卡拉戈拉图。;单血管杆菌,Th。;Simos,T.E.,(周期和振动问题数值积分的辛分Runge-Kutta方法。周期和振动的数值积分的辛分Runge-Gutta方法,计算和应用数学的最新进展(2011),Springer),169-208·Zbl 1216.65091号
[91] Yoshida,H.,高阶辛积分器的构造,物理学。莱特。A、 150、262-268(1990)
[92] 坎迪,J。;Rozmus,W.,《可分离哈密顿函数的辛积分算法》,J.Compute。物理。,9230-256(1991年)·Zbl 0709.70012号
[93] Forest,E.,六阶李群积分器,J.Compute。物理。,99, 209-213 (1992) ·Zbl 0747.58029号
[94] 麦克拉克伦,R。;Atela,P.,辛积分器的精度,非线性,5541-562(1992)·Zbl 0747.58032号
[95] 刘学深;刘晓燕;Zhong Yuan,Zhou,一维时间无关薛定谔方程的辛格式数值解,国际量子化学杂志。,79, 343-349 (2000)
[96] 布兰斯,S。;Moan,P.C.,实用辛分区Runge-Kutta和Runge-Kutta-Nyström方法,J.Compute。申请。数学。,142, 313-330 (2002) ·Zbl 1001.65078号
[97] 单血管杆菌,Th。;Simos,T.E.,薛定谔方程数值积分的辛方法,计算。马特。科学。,38, 526-532 (2007) ·Zbl 1132.81344号
[98] Kalogiatoru,Z.,辛三角拟合分区Runge-Kutta方法,Phys。莱特。A、 370,1-7(2007)·Zbl 1209.65138号
[99] 单血管杆菌,Th。;Z.卡拉戈拉图。;Simos,T.E.,Schrödinger方程数值积分的三阶三角拟合和指数拟合辛方法,应用。数字分析。公司。数学。,2, 238-244 (2005) ·Zbl 1075.65146号
[100] 单血管杆菌,Th。;Z.卡拉戈拉图。;Simos,T.E.,Schrödinger方程的指数拟合辛方法,J.Math。化学。,37, 263-270 (2005) ·兹比尔1073.65071
[101] 单血管杆菌,Th。;Z.卡拉戈拉图。;Simos,T.E.,Schrödinger方程数值积分的三角拟合和指数拟合辛方法,J.Math。化学。,40, 257-267 (2006) ·Zbl 1125.81021号
[102] 单血管菌,Th。;Simos,T.E.,辛和三角拟合二阶和三阶辛方法,《物理学》。莱特。A、 354377-383(2006)·Zbl 1398.37088号
[103] 单血管杆菌,Th。;卡洛吉拉图,Z。;Simos,T.E.,用辛和三角拟合辛分区Runge-Kutta方法计算薛定谔方程的特征值,物理学。莱特。A、 372569-573(2008)·Zbl 1217.81061号
[104] 单血管杆菌,Th。;卡洛吉拉图,Z。;Simos,T.E.,三角拟合分区Runge-Kutta辛方法系列,应用。数学。计算。,209, 91-96 (2009) ·兹比尔1161.65090
[105] 单血管杆菌,Th。;Z.卡拉戈拉图。;Simos,T.E.,具有最小相位图的辛分区Runge-Kutta方法,计算。物理学。社区。,181, 1251-1254 (2010) ·Zbl 1219.65151号
[106] Dormand,J.R。;Prince,P.J.,嵌入式Runge-Kutta公式家族,J.Compute。申请。数学。,6, 19-26 (1980) ·Zbl 0448.65045号
[107] 卡尔沃,M.P。;Sanz-Serna,J.M.,变步长辛积分器的发展及其在两体问题中的应用,SIAM J.Sci。计算。,14, 936-952 (1993) ·Zbl 0785.65083号
[108] 单血管杆菌,Th。;Z.卡拉戈拉图。;Simos,T.E.,《两种新的相位填充辛分区Runge-Kutta方法》,国际期刊《现代物理学》。C、 221343-1355(2011)·Zbl 1263.65130号
[109] Monovasilis,Th.,具有相位图特性的辛分区Runge-Kutta方法,Appl。数学。计算。,218, 9075-9084 (2012) ·Zbl 1245.65175号
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