当前位置:主页 > 科技论文 > 数学论文 >

非线性时间分数阶方程的两种数值方法

发布时间:2018-06-11 12:37

  本文选题:修正分数阶扩散方程 + WSGD逼近 ; 参考:《内蒙古大学》2017年硕士论文


【摘要】:本文讨论了非线性时间分数阶问题的两种数值计算方法,即:修正的非线性时间分数阶扩散方程的WSGD逼近Galerkin有限元方法以及非线性分数阶常微分方程的线性插值多项式法.首先,第一种计算方法是通过WSGD逼近算法和有限元离散的方法构造出非线性时间分数阶扩散方程的数值离散格式.首先,我们形成数值格式,其中时间的整数阶导数部分用二阶向后差分的方法离散,分数阶导数部分采用WSGD算子近似,同时在空间方向上运用Galerkin有限元方法进行离散处理.其次,推导证明了有限元解的存在性和唯一性,给出所求问题在L2模意义下全离散格式的数值解与精确解之间的误差估计.最后,通过数值实验得到近似O(T2)的时间收敛阶,验证理论结论的正确性.通过数值算例也可以发现WSGD逼近算法和Galerkin有限元方法结合能够显著提高收敛精度.其次,第二种计算方法是利用线性插值多项式法构造了一类含有Hadamard部分有限积分的非线性常微分方程的数值离散格式.在时间方向上,分数阶导数利用线性插值多项式方法逼近,整数阶导数通过二阶向后差分格式离散.经过推理得到了收敛精度为O(Tmin{1+α,1+3}的误差估计结果.最后,通过数值结果和理论结果的对比,直观的说明了推理结果是正确的.
[Abstract]:In this paper, we discuss two numerical methods for nonlinear time fractional order problem, that is, WSGD approximation Galerkin finite element method for nonlinear time fractional order diffusion equation and linear interpolation polynomial method for nonlinear fractional ordinary differential equation. Firstly, the first method is to construct the numerical discretization scheme of nonlinear time fractional diffusion equation by WSGD approximation algorithm and finite element discretization method. First, we form a numerical scheme, in which the integral derivative of time is discretized by second-order backward difference, the fractional derivative is approximated by WSGD operator and the Galerkin finite element method is used in the spatial direction. Secondly, the existence and uniqueness of the finite element solution are proved, and the error estimates between the numerical solution and the exact solution of the full discrete scheme in the sense of L2 norm are given. Finally, the order of time convergence is obtained by numerical experiments, which verifies the correctness of the theoretical conclusion. Numerical examples also show that the combination of WSGD approximation algorithm and Galerkin finite element method can significantly improve the convergence accuracy. Secondly, the second method is to construct a numerical discrete scheme for a class of nonlinear ordinary differential equations with Hadamard partial finite integral by means of linear interpolation polynomial method. In time direction, fractional derivative is approximated by linear interpolation polynomial method, integer order derivative is discretized by second-order backward difference scheme. The result of error estimation with convergent accuracy of OTmin {1 伪 1 / 3} is obtained by reasoning. Finally, through the comparison between the numerical results and the theoretical results, it is intuitively proved that the reasoning results are correct.
【学位授予单位】:内蒙古大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2017
【分类号】:O241.8

【相似文献】

相关期刊论文 前10条

1 赵羽,蔡平,周敏东;分数阶Fourier变换的数值计算[J];哈尔滨工程大学学报;2002年06期

2 王德金;郑永爱;;分数阶混沌系统的延迟同步[J];动力学与控制学报;2010年04期

3 杨晨航,刘发旺;分数阶Relaxation-Oscillation方程的一种分数阶预估-校正方法[J];厦门大学学报(自然科学版);2005年06期

4 王发强;刘崇新;;分数阶临界混沌系统及电路实验的研究[J];物理学报;2006年08期

5 夏源;吴吉春;;分数阶对流——弥散方程的数值求解[J];南京大学学报(自然科学版);2007年04期

6 张隆阁;;一类参数不确定混沌系统的分数阶自适应同步[J];中国科技信息;2009年15期

7 陈世平;刘发旺;;一维分数阶渗透方程的数值模拟[J];高等学校计算数学学报;2010年04期

8 辛宝贵;陈通;刘艳芹;;一类分数阶混沌金融系统的复杂性演化研究[J];物理学报;2011年04期

9 黄睿晖;;分数阶微方程的迭代方法研究[J];长春理工大学学报;2011年06期

10 蒋晓芸,徐明瑜;分形介质分数阶反常守恒扩散模型及其解析解[J];山东大学学报(理学版);2003年05期

相关会议论文 前10条

1 李西成;;经皮吸收的分数阶药物动力学模型[A];中国力学学会学术大会'2009论文摘要集[C];2009年

2 谢勇;;分数阶模型神经元的动力学行为及其同步[A];第四届全国动力学与控制青年学者研讨会论文摘要集[C];2010年

3 张硕;于永光;王亚;;带有时滞和随机扰动的不确定分数阶混沌系统准同步[A];中国力学大会——2013论文摘要集[C];2013年

4 李常品;;分数阶动力学的若干关键问题及研究进展[A];中国力学大会——2013论文摘要集[C];2013年

5 李常品;;分数阶动力学简介[A];第三届海峡两岸动力学、振动与控制学术会议论文摘要集[C];2013年

6 蒋晓芸;徐明瑜;;时间依靠分数阶Schr銉dinger方程中的可动边界问题[A];中国力学学会学术大会'2009论文摘要集[C];2009年

7 王花;;分数阶混沌系统的同步在图像加密中的应用[A];第二届全国随机动力学学术会议摘要集与会议议程[C];2013年

8 王在华;;分数阶动力系统的若干问题[A];第三届全国动力学与控制青年学者研讨会论文摘要集[C];2009年

9 张硕;于永光;王莎;;带有时滞和随机扰动的分数阶混沌系统同步[A];第十四届全国非线性振动暨第十一届全国非线性动力学和运动稳定性学术会议摘要集与会议议程[C];2013年

10 李西成;;一个具有糊状区的分数阶可动边界问题的相似解研究[A];中国力学大会——2013论文摘要集[C];2013年

相关博士学位论文 前10条

1 陈善镇;两类空间分数阶偏微分方程模型有限差分逼近的若干研究[D];山东大学;2015年

2 任永强;油藏与二氧化碳埋存问题的数值模拟与不确定性量化分析以及分数阶微分方程的数值方法[D];山东大学;2015年

3 蒋敏;分数阶微分方程理论分析与应用问题的研究[D];电子科技大学;2015年

4 卜红霞;基于分数阶傅里叶域稀疏表征的CS-SAR成像理论与算法研究[D];北京理工大学;2015年

5 杨变霞;分数阶Laplace算子的谱理论及其在微分方程中的应用[D];兰州大学;2015年

6 邵晶;几类微分系统的定性理论及其应用[D];曲阜师范大学;2015年

7 方益;分数阶Yamabe问题的一些紧性结果[D];中国科学技术大学;2015年

8 王国涛;几类分数阶非线性微分方程解的存在理论及应用[D];西安电子科技大学;2014年

9 陈明华;分数阶微分方程的高阶算法及理论分析[D];兰州大学;2015年

10 尹学辉;基于分数阶PDE的图像结构保持型去噪算法研究[D];重庆大学;2015年

相关硕士学位论文 前10条

1 黄志颖;非线性时间分数阶微分方程的数值解法[D];华南理工大学;2015年

2 赵九龙;基于分数阶微积分的三维图像去噪增强算法研究[D];宁夏大学;2015年

3 楚彩虹;单载波分数阶傅里叶域均衡系统及关键技术研究[D];郑州大学;2015年

4 全晓静;非线性分数阶积分方程的Adomian解法[D];宁夏大学;2015年

5 黄洁;非线性分数阶Volterra积分微分方程的小波数值解法[D];宁夏大学;2015年

6 庄峤;复合介质中时间分数阶热传导正逆问题及其应用研究[D];山东大学;2015年

7 高素娟;分数阶延迟偏微分方程的紧致有限差分方法[D];山东大学;2015年

8 赵珊珊;时—空分数阶扩散方程的快速算法以及MT-TSCR-FDE的快速数值解法[D];山东大学;2015年

9 王珍;分数阶奇异边值问题的研究[D];山东师范大学;2015年

10 冯静;一类分数阶奇异脉冲边值问题正解的存在性研究[D];山东师范大学;2015年



本文编号:2005272

资料下载
论文发表

本文链接:https://www.wllwen.com/kejilunwen/yysx/2005272.html


Copyright(c)文论论文网All Rights Reserved | 网站地图 |

版权申明:资料由用户a0791***提供,本站仅收录摘要或目录,作者需要删除请E-mail邮箱bigeng88@qq.com