×

二维多项分数阶波动方程的快速时间二阶紧致ADI差分格式。 (英语) Zbl 1461.65231号

摘要:本文针对二维时间多项分数阶波动方程提出了一种快速时间二阶紧致ADI格式。在超收敛点处,将降阶技术与对Caputo导数中出现的核函数的指数和逼近相结合,对多项Caputo微分进行了逼近。差分格式可以通过递归求解,大大降低了存储和计算成本。得到的格式是唯一可解的。用离散能量法证明了该格式在离散H^1范数下的无条件收敛性和稳定性,其收敛精度在时间上是二阶的,在空间上是四阶的。数值算例表明了该方案的有效性。

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
35兰特 分数阶偏微分方程
35A02型 偏微分方程的唯一性问题:全局唯一性、局部唯一性、非唯一性
35升05 波动方程
PDF格式BibTeX公司 XML格式引用
全文: 内政部

参考文献:

[1] 阿卜杜勒·雷希姆,EA;El-Sayed,AMA;Hashem,AS,时间分数阶多项波动方程近似解的模拟,计算。数学。申请。,73, 1134-1154 (2017) ·Zbl 1409.35207号 ·doi:10.1016/j.camwa.2016.06.019
[2] Alikhanov,AA,分数阶扩散方程的新差分格式,J.Compute。物理。,280, 424-438 (2015) ·Zbl 1349.65261号 ·doi:10.1016/j.jcp.2014.09.031
[3] 巴拉维,AH;马萨诸塞州扎基,《一种基于雅可比-陶近似求解多项时空分数阶偏微分方程的方法》,J.Compute。物理。,281, 876-895 (2015) ·Zbl 1352.65386号 ·doi:10.1016/j.jcp.2014.10.060
[4] Dehghan,M。;阿巴斯扎德,M。;Deng,WH,时空回火分数阶扩散波方程的四阶数值方法,应用。数学。信件,73120-127(2017)·兹比尔1375.65173 ·doi:10.1016/j.aml.2017.04.011
[5] Dehghan,M。;Safarpoor,M。;Abbaszadeh,M.,求解多项时间分数阶扩散波方程的两种高阶数值算法,J.Compute。申请。数学。,290, 174-195 (2015) ·Zbl 1321.65129号 ·doi:10.1016/j.cam.2015.04.037
[6] 杜,R。;曹伟。;Sun,ZZ,分数阶扩散波方程的紧致差分格式,应用。数学。型号。,342998-3309(2010年)·Zbl 1201.65154号 ·doi:10.1016/j.apm.2010.01.008
[7] 多纳泰利,M。;Mazza,M。;Serra Capizzano,S.,分数阶扩散方程的谱分析和保结构预处理器,计算。物理。,307, 262-279 (2016) ·Zbl 1352.65305号 ·doi:10.1016/j.jcp.2015.11.061
[8] 高,GH;阿利哈诺夫,AA;Sun,ZZ,基于插值逼近的时间二阶差分格式,用于求解时间多项和分布阶分数次亚扩散方程,J.Sci。计算。,73, 93-121 (2017) ·Zbl 1381.65064号 ·文件编号:10.1007/s10915-017-0407-x
[9] Gao,G.H.,Yang,Q.:卡普托分数阶导数线性组合的快速评估及其在多项时间分数次扩散方程中的应用,数值。数学。:理论、方法和应用。doi:10.4208/nmtma。OA-2019-0013(2020)·Zbl 1463.65221号
[10] 戈多伊,S。;Garcia-Colin,LS,《从量子随机行走到晶体固体中的经典介观扩散》,《物理学》。E版,53,5779-5785(1996)·doi:10.1103/PhysRevE.53.5779
[11] 江,SD;张,JW;张,Q。;Zhang,ZM,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 ·doi:10.4208/cicp。OA-2016-0136
[12] Jin,B。;拉扎罗夫,R。;刘,Y。;Zhou,Z.,多项时间分数阶扩散方程的Galerkin有限元方法,J.Compute。物理。,281, 825-843 (2015) ·Zbl 1352.65350号 ·doi:10.1016/j.jcp.2014.10.051
[13] 雷,SL;Sun,HW,分数阶扩散方程的循环预条件,J.Compute。物理。,242, 715-725 (2013) ·兹比尔1297.65095 ·doi:10.1016/j.jcp.2013.02.025
[14] Li,C.P.,Cao,J.X.:时间分数阶电报方程的有限差分方法。2012年IEEE/ASME国际会议,第314-318页
[15] 刘,F。;密尔夏,MM;麦高,RJ;庄,P。;Liu,Q.,解多项时间分数波扩散方程的数值方法,分形。计算应用程序。分析。,16, 9-25 (2013) ·Zbl 1312.65138号 ·doi:10.2478/s13540-013-0002-2
[16] Luchko,Y.,广义多项时间分数阶扩散方程的初边值问题,J.Math。分析。申请。,374, 538-548 (2011) ·Zbl 1202.35339号 ·doi:10.1016/j.jma.2010.08.048
[17] 奥尔德姆,KB;Spanier,J.,《分数微积分》(1974),圣地亚哥:圣地亚哥学术出版社·Zbl 0292.26011号
[18] Quarteroni,A。;Valli,A.,偏微分方程的数值逼近(1997),纽约:Springer,纽约·Zbl 0803.65088号
[19] 任,JC;Sun,ZZ,多项时间分数扩散dave方程的有效数值解,东亚应用杂志。数学。,5, 1-28 (2015) ·Zbl 1322.65088号 ·doi:10.4208/eajam.080714.031114a
[20] Salehi,R.,二维多项时间分数阶扩散波方程的无网格点配置法,数值算法。,74, 1145-1168 (2017) ·Zbl 1365.65230号 ·doi:10.1007/s11075-016-0190-z
[21] 南卡罗来纳州Shiralashetti;Deshi,AB,多项分数阶微分方程数值解的高效Haar小波配置方法,非线性动力学。,83, 293-303 (2016) ·doi:10.1007/s11071-015-2326-4
[22] 斯利瓦斯塔瓦,V。;Rai,KN,通过毛细血管向组织输送氧气的多项分数扩散方程,数学。计算。型号。,51, 616-624 (2010) ·Zbl 1190.35226号 ·doi:10.1016/j.mcm.2009.11.002
[23] 太阳,HG;李,ZP;Zhang,Y。;Chen,W.,《瞬态异常扩散的分数和分形导数模型:模型比较》,《混沌、孤子和分形》,102346-353(2017)·doi:10.1016/j.chaos.2017.03.060
[24] 太阳,HG;Zhang,Y。;Chen,W。;Reeves,DM,《使用可变诱导分数导数模型捕捉非均匀介质中的瞬态色散》,J.Contam。水文。,157, 47-58 (2014) ·doi:10.1016/j.jconhyd.2013.111.002
[25] 孙振中,偏微分方程数值方法(2012),北京:科学出版社,北京
[26] 孙,H。;孙,ZZ;Gao,GH,分数阶波动方程的一些时间二阶差分格式,数值。方法偏微分方程,32,970-1001(2016)·Zbl 1352.65269号 ·doi:10.1002/num.22038
[27] 孙,ZZ;Wu,X.,扩散波系统的全离散差分格式,应用。数字。数学。,56, 193-209 (2006) ·Zbl 1094.65083号 ·doi:10.1016/j.apnum.2005.03.003
[28] 孙,H。;X.赵。;Sun,ZZ,基于时间多项分数阶波动方程插值逼近的时间二阶差分格式,科学计算杂志。,78467-498(2019)·Zbl 1437.35696号 ·doi:10.1007/s10915-018-0820-9
[29] 田伟。;周,H。;Deng,W.,求解空间分数阶扩散方程的一类二阶差分近似,数学。计算。,84, 1703-1727 (2015) ·Zbl 1318.65058号 ·doi:10.1090/S0025-5718-2015-02917-2
[30] Vong,西南;Pang,香港;Jin,XQ,广义Cattaneo方程的高阶差分格式,东亚应用杂志。数学。,2, 170-184 (2012) ·Zbl 1287.65068号 ·doi:10.4208/eajam.110312.240412a
[31] 王,ZB;Vong,S.,修正反常分数次扩散方程和分数次扩散波方程的紧凑差分格式,J.Compute。物理。,277, 1-15 (2014) ·Zbl 1349.65348号 ·doi:10.1016/j.jcp.2014.08.012
[32] 潘,J。;Ng、MK;Wang,H.,由含时空间分数阶扩散方程产生的线性系统的快速迭代求解器,SIAM J.Sci。计算。,38,A2806-A2826(2016)·Zbl 1348.65067号 ·数字对象标识代码:10.1137/15M1030273
[33] Yan,YG;孙,ZZ;Zhang,JW,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:二阶格式,Commun。计算。物理。,22, 1028-1048 (2017) ·Zbl 1488.65306号 ·doi:10.4208/cicp。OA-2017-0019
[34] 张,YN;孙,ZZ;Zhao,X.,二维分数阶扩散波方程的紧凑交替方向隐式格式,SIAM J.Numer。分析。,50, 1535-1555 (2012) ·Zbl 1251.65126号 ·数字对象标识代码:10.1137/10840959
[35] X.赵。;Sun,ZZ,非均匀介质中一类分数阶Cattaneo方程的紧致Crank-Nicolson格式,J.Sci。计算。,62, 747-771 (2015) ·Zbl 1319.65084号 ·doi:10.1007/s10915-014-9874-5
[36] X.赵。;孙,ZZ;Karniadakis,GE,变阶分数导数的二阶近似:算法和应用,J.Compute。物理。,293184-200(2015年)·Zbl 1349.65092号 ·doi:10.1016/j.jcp.2014.08.015
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。