×

变阶时滞分数阶微分方程的有效三次样条逼近。 (英语) Zbl 1372.34125号

摘要:本文描述了一种基于三次样条插值的稳健、准确和高效的方案。将该方案应用于近似变阶分数阶积分,并将其推广到求解一类非线性变阶时滞分数阶方程。利用该方案求解了修正的Hutchinson方程和延迟Ikeda方程。从平均绝对误差和实验收敛阶的角度分析了该方法的效率和精度。数值结果验证了该方案的准确性和有效性。

MSC公司:

34K37号 分数阶导数泛函微分方程
34K07号 泛函微分方程解的理论近似
34A08号 分数阶常微分方程
26A33飞机 分数导数和积分
41甲15 样条线近似
33F05型 特殊函数的数值逼近与计算
65D07年 使用样条曲线进行数值计算
PDF格式BibTeX公司 XML格式引用
全文: 内政部

参考文献:

[1] Machado,J.A.T.,Kiryakova,V.,Mainardi,F.:分数微积分的近代史。Commun公司。非线性科学。数字。模拟。16(3),1140-1153(2011)。doi:10.1016/j.cnsns.2010.05.027·Zbl 1221.26002号 ·doi:10.1016/j.cnsns.2010.05.027
[2] 费雷拉,N.M.F.,马查多,J.A.T.:数学。方法工程,荷兰施普林格(2014)。doi:10.1007/978-94-007-7183-3·1297.00002赞比亚比索 ·doi:10.1007/978-94-007-7183-3
[3] Baleanu,D.,Guvenc,Z.B.,Machado,J.A.T.:纳米技术和分数微积分应用的新趋势。施普林格,荷兰(2010年)。doi:10.1007/978-90-481-3293-5·兹比尔1196.65021 ·doi:10.1007/978-90-481-3293-5
[4] Li,K.,Maione,G.,Fei,M.,Gu,X.:复杂工程系统建模、控制和优化的最新进展。数学。问题。工程2015,1-1(2015)。doi:10.1155/2015/746729·doi:10.1155/2015/746729
[5] Oustaloup,A.,Levron,F.M.B.:频带复合物非整数微分器:表征与合成。IEEE Trans CAS-I 47(1),25-39(2000)。doi:10.1109/81.817385·doi:10.1109/81.817385
[6] David,S.A.、Machado,J.A.T.、Quintino,D.D.、Balthazar,J.M.:分数阶宏观经济模型中的部分混沌抑制。数学。计算。模拟。122, 55-68 (2016). doi:10.1016/j.matcom.2015.11.004·Zbl 07313625号 ·doi:10.1016/j.matcom.2015.11.004
[7] Gutiérrez-Carvajal,R.E.,de Melo,L.F.,Rosário,J.M.,Machado,J.T.:使用分数微积分方法对机电系统进行基于条件的诊断。国际期刊系统。科学。47(9), 2169-2177 (2014). doi:10.1080/00207721.2014.978833·Zbl 1345.93116号 ·doi:10.1080/00207721.2014.978833
[8] Lopes,A.M.,Machado,J.A.T.:地震数据系列的整数和分数阶熵分析。非线性动力学。84(1), 79-90 (2016). doi:10.1007/s11071-015-2231-x·doi:10.1007/s11071-015-2231-x
[9] Coimbra,C.F.M.:变阶微分算子力学。《物理学年鉴》12(11-12),692-703(2003)。doi:10.1002/和p.200310032·Zbl 1103.26301号 ·doi:10.1002/和p.200310032
[10] Diaz,G.,Coimbra,C.F.M.:变阶振荡器的非线性动力学和控制及其在范德波尔方程中的应用。非线性动力学。56(1-2),145-157(2009年)。doi:10.1007/s11071-008-9385-8·Zbl 1170.70012号 ·doi:10.1007/s11071-008-9385-8
[11] Ramirez,L.E.S.,Coimbra,C.F.M.:关于沉降颗粒引起的非线性尾迹的变阶动力学。物理学。D-非线性现象。240(13), 1111-1118 (2011). doi:10.1016/j.physd.2011.04.001·Zbl 1219.76054号 ·doi:10.1016/j.physd.2011.04.001
[12] Ingman,D.,Suzdalnitsky,J.:用含时阶分数阶微分算子控制阻尼振荡。计算。方法应用。机械。《工程》193(52),5585-5595(2004)。doi:10.1016/j.cma.2004.06.029·Zbl 1079.70020号 ·doi:10.1016/j.cma.2004.06.029
[13] Soon,C.M.,Coimbra,C.F.M.,Kobayashi,M.H.:可变粘弹性振荡器。《物理学年鉴》14(6),378-389(2005)。doi:10.1002/和p.200410140·Zbl 1125.74316号 ·doi:10.1002/和p.200410140
[14] Ramirez,L.E.S.,Coimbra,C.F.M.:粘弹性的变阶本构关系。《物理学年鉴》16(7-8),543-552(2007)。doi:10.1002/和p.200710246·Zbl 1159.74008号 ·doi:10.1002/和p.200710246
[15] Sheng,Y.C.H.,Sun,H.,Qiu,T.:基于可变阶分数算子的多重分形高斯噪声合成。信号处理。91(7), 1645-1650 (2011). doi:10.1016/j.sigpro.2011.01.010·Zbl 1213.94049号 ·doi:10.1016/j.sigpro.2011.01.010
[16] Ostalczyk,P.,Rybicki,T.:电磁伺服的变摩擦阶死区控制。J.可控震源。控制4(9-10),1457-1471(2008)。doi:10.1177/1077546307087437·doi:10.1177/1077546307087437
[17] Orosco,J.,Coimbra,C.F.M.:关于可变阶机械系统的控制和稳定性。非线性动力学。1-16 (2016). doi:10.1007/s11071-016-2916-9·兹标0838.2066
[18] Samko,S.G.:可变阶的分数积分和微分。安。数学。21(3), 213-236 (1995). doi:10.1007/BF01911126·兹标0838.2066 ·doi:10.1007/BF01911126
[19] Lorenzo,C.,Hartley,T.:变阶和分布阶分数运算符。非线性发电机。29(1-4), 57-98 (2002). doi:10.1023/A:1016586905654·兹比尔1018.93007 ·doi:10.1023/A:1016586905654
[20] Ramirez,L.E.S.,Coimbra,C.F.M.:关于动态建模中可变阶算子的选择和意义。国际期刊差异。埃克。2010, 1-16 (2010). 数字对象标识代码:10.1155/2010/846107·Zbl 1207.34011号 ·数字对象标识代码:10.1155/2010/846107
[21] Lifshits,M.,Linde,W.:变阶分数阶积分算子:连续性和紧性性质。Mathematische Nachrichten 287(8-9),980-1000(2013)。doi:10.1002/mana.201200337·Zbl 1298.26025号 ·doi:10.1002/mana.201200337
[22] Samko,S.G.,Ross,B.:积分和微分到可变分数阶。积分变换规范函数。1(4), 277-300 (1993). doi:10.1080/10652469308819027·Zbl 0820.26003号 ·doi:10.1080/10652469308819027
[23] Samko,S.:变阶分数阶积分与微分:概述。非线性发电机。71(4), 653-662 (2013). doi:10.1007/s11071-012-0485-0·Zbl 1268.34025号 ·doi:10.1007/s11071-012-0485-0
[24] Sheng,H.、Sun,H.,Coopmans,C.、Chen,Y.、Bohannan,G.W.:可变阶分数阶积分器和微分器的物理实验研究。欧洲物理学。J.规格顶部。193(1), 93-104 (2011). doi:10.1140/epjst/e2011-01384-4·doi:10.1140/epjst/e2011-01384-4
[25] Tavares,D.,Almeida,R.,Torres,D.F.M.:分数变量阶的Caputo导数:数值近似。Commun公司。非线性科学。数字。模拟。35, 69-87 (2016). doi:10.1016/j.cnsns.2015.10.027·兹比尔07246627 ·doi:10.1016/j.cnsns.2015.10.227
[26] Bhrawy,A.H.,Zaky,M.A.:变阶caputo分数阶泛函微分方程的数值算法。非线性动力学,1-9(2016)。doi:10.1007/s11071-016-2797-y·Zbl 1349.65505号
[27] Bhrawy,A.H.,Zaky,M.A.:二维变阶分数阶非线性电缆方程的数值模拟。非线性发电机。80(1-2), 101-116 (2015). doi:10.1007/s11071-014-1854-7·Zbl 1345.65060号 ·doi:10.1007/s11071-014-1854-7
[28] Babakhani,A.,Baleanu,D.,Khanbabaie,R.:一类分数阶时滞微分方程的Hopf分支。非线性发电机。69(3), 101-116 (2012). doi:10.1007/s11071-011-0299-5·Zbl 1258.34155号 ·doi:10.1007/s11071-011-0299-5
[29] Gao,Z.:非相称分数阶时滞系统的图形稳定性判据。非线性发电机。78(3), 2101-2111 (2014). doi:10.1007/s11071-014-1580-1·Zbl 1345.34123号
[30] Moghaddam,B.P.,Mostaghim,Z.S.:基于非线性分数阶延迟微分方程求解模型的分数阶有限差分的新型矩阵方法。Ain Shams Eng.J.5(2),585-594(2014)。doi:10.1016/j.asej.2013.11.007·doi:10.1016/j.asej.2013.11.007
[31] Moghaddam,B.P.,Mostaghim,Z.S.:求解分数阶时滞微分方程的修正有限差分法。Boletim da Sociedade Paranaense de Matemtica马提米卡学院35(2),49-58(2016)。doi:10.5269/bspm.v35i2.25081·Zbl 1424.65094号 ·doi:10.5269/bspm.v35i2.25081
[32] Ingman,D.,Suzdalnitsky,J.:带伺服阶函数的微分算子在粘弹性变形过程模型中的应用。J.工程机械。131(7), 763-767 (2005). doi:10.1061/(ASCE)0733-9399·doi:10.1061/(ASCE)0733-9399
[33] Sun,H.W.H.G.,Chen,W.,Chen和Y.:在表征系统记忆特性方面常阶和变阶分数模型的比较研究,《欧洲物理学》。J.关于分数的专题展望。发电机。对照193(185)、185-192(2011)。doi:10.1140/epjst/e2011-01390-6·doi:10.1140/epjst/e2011-01390-6
[34] Moghaddam,B.P.,Machado,J.A.T.:一类非线性时变阶分数阶偏微分方程的稳定三级显式样条有限差分格式。计算。数学。申请。(2016年)。doi:10.1016/j.camwa.2016.07.010·Zbl 1103.26301号
[35] Moghaddam,B.P.,Yaghoobi,S.,Machado,J.A.T.:变阶分数阶延迟微分方程的扩展预测-校正算法。J.计算。非线性动力学。11(6), 061001 (2016). 数字对象标识代码:10.1115/1.4032574·数字对象标识代码:10.1115/1.4032574
[36] Kosko,B.:双向联想记忆。IEEE传输。系统。人。赛博。18(1), 49-60 (1988). doi:10.1109/21.87054·doi:10.1109/21.87054
[37] Mackey,M.,Glass,L.:生理控制系统中的振荡和混沌。《科学》197(4300),287-289(1977)。doi:10.1126/science.267326·Zbl 1383.92036号 ·doi:10.1126/science.267326
[38] Cao,J.,Lu,J.:具有或不具有时变延迟的神经网络的自适应同步。《混沌》16(1),013133(2006)。数字对象标识代码:10.1063/1.2178448·Zbl 1144.37331号 ·数字对象标识代码:10.1063/1.2178448
[39] Sun,Z.,Xu,W.,Yang,X.,Fang,T.:通过时滞反馈引导或抑制双阱duffing振荡器中的混沌。混沌孤子分形27(3),705-714(2006)。doi:10.1016/j.chaos.2005.04.041·Zbl 1091.93008号 ·doi:10.1016/j.chaos.2005.04.041
[40] Li,L.,Peng,H.,Yang,Y.,Wang,X.:关于时变时滞Lorenz系统的混沌同步。混沌孤子分形41(2),783-794(2006)。doi:10.1016/j.chaos.2008.03.014·Zbl 1198.34119号
[41] Chua,L.,Yang,L.I.N.:细胞神经网络:理论。IEEE传输。电路系统。35, 1257-1272 (1988) ·Zbl 0663.94022号 ·doi:10.1109/31.7600
[42] Sun,J.:混沌时滞系统的信道时滞全局同步准则。混沌孤子分形21(4),967-975(2004)。doi:10.1016/j.chaos.2003.12.055·兹比尔1045.34050 ·doi:10.1016/j.chaos.2003.12.055
[43] Lu,H.,He,Z.:具有时滞的一阶自治连续时间系统的混沌行为。IEEE传输。电路系统。I 43(8),700-702(1996)。doi:10.1109/81.526689·doi:10.1109/81.526689
[44] Sun,J.、Zhang,Y.、Liu,Y.和Deng,F.:多时滞区间动力系统的指数稳定性。申请。数学。机械。23(1), 95-99 (2002). doi:10.1007/bf02437735·Zbl 1141.34347号 ·doi:10.1007/bf02437735
[45] Samiei,E.,Torkamani,S.,Butcher,E.A.:关于标量随机时滞系统的Lyapunov稳定性。国际动力学杂志。对照1(1),64-80(2013)·数字对象标识代码:10.1007/s40435-013-0009-x
[46] Torkamani,S.,Samiei,E.,Bobrenkov,O.,Butcher,E.A.:使用切比雪夫谱连续时间近似对线性随机时滞微分方程进行数值稳定性分析。国际动力学杂志。控制2(2),210-220(2014)·doi:10.1007/s40435-014-0082-9
[47] Hutchinson,G.E.:生态学中的循环因果系统。纽约学院安。科学。50, 221-246 (1948). doi:10.1111/j.1749-6632.1948.tb39854.x·doi:10.1111/j.1749-6632.1948.tb39854.x
[48] Ruan,S.:单物种动力学中的延迟微分方程(2006)。doi:10.1007/1-4020-3647-7-11·Zbl 1130.34059号
[49] Strogatz,S.H.,Fox,R.F.:《非线性动力学和混沌:物理、生物、化学和工程应用》。今天48(3),93(1995)。数字对象标识代码:10.1063/1.2807947·数字对象标识代码:10.1063/1.2807947
[50] 池田,K.,大藤,H.,秋本,O.:光学湍流:环形腔透射光的混沌行为。物理学。修订稿。45(9), 709-712 (1980). doi:10.1103/PhysRevLett.45.709·doi:10.1103/PhysRevLett.45.709
[51] 池田,K.,松本,M.:高维混沌吸引子的研究。《统计物理学杂志》。44(5-6), 955-983 (1986). doi:10.1007/BF01011917·Zbl 0659.58036号 ·doi:10.1007/BF01011917
[52] Ikeda,K.,Matsumoto,M.:具有时滞反馈的系统中的高维混沌行为。Physica D 29(1-2),223-235(1987)。doi:10.1016/0167-2789(87)90058-3·Zbl 0626.58014号 ·doi:10.1016/0167-2789(87)90058-3
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。