缓增分数阶扩散方程的循环与反循环分裂迭代算法
[Abstract]:Slowly increasing fractional diffusion equation is a modified fractional diffusion equation by multiplying slowly increasing exponent factor to better describe the phenomenon of anomalous diffusion in nature with limited vitality or limited space. The jump distribution of the slowly increasing power law produces the fractional derivative of the slowly increasing space, and the waiting time of the slowly increasing power law obtains the fractional derivative of the slowly increasing time, which improves the defect of the fractional diffusion equation. In recent years, numerical algorithms for slowly increasing fractional diffusion equations have attracted much attention. In this paper, two kinds of cyclic and inverse cyclic splitting iterative methods with different parameters are studied to solve the numerical solutions of slowly increasing fractional diffusion equations. The main work of this paper is as follows: (1) for the two-point boundary value problem of slowly increasing fractional order, the coefficient matrix in linear system is dense and asymmetric by using Gr 眉 nwald difference operator (tempered-WSGD) with slowly increasing weight shift. A matrix with a Toeplitz structure. The Toeplitz system is solved by cyclic and inverse cyclic splitting iteration method. In each iteration, the linear system is solved by using the fast Fourier transform. The computation only needs O (Nlog N) N to represent the number of nodes in the spatial grid. It is proved in detail that the iterative method of cyclic and inverse cyclic splitting is unconditionally convergent. Numerical examples show that the algorithm is a feasible and efficient fast algorithm. (2) for a slowly increasing fractional two-point boundary value problem with equal diffusion coefficient, By using tempered-WSGD to approximate the left and right derivatives of slowly increasing Riemann-Liouville fractional order, a symmetric, positive definite linear system with Toeplitz structure is obtained. The two-parameter cyclic and anti-cyclic splitting iteration method is used to solve the Toeplitz system. The convergence of the system is proved and the selection of two parameters is analyzed. Numerical examples show that the convergence rate of the fast algorithm is fast. (3) for slowly increasing fractional diffusion equations, a symmetric, positive definite linear system with Toeplitz structure is obtained after discretization by implicit second-order finite difference scheme. The two-parameter cyclic and anti-cyclic splitting iteration method is applied to the solution of Toeplitz system, and it is proved that the method converges unconditionally to the unique solution of the linear system. Numerical examples also show that the convergence rate of the iterative method with two parameters is fast.
【学位授予单位】:西安理工大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2017
【分类号】:O241.8
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,本文编号:2212321
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