非线性偏微分方程多解计算大范围收敛算法及其应用研究
[Abstract]:In this paper, the large range convergence algorithm of nonlinear partial differential equations with multiple solutions and its related applications are studied. The multiplicity and instability of the solutions of nonlinear partial differential equations bring many essential difficulties to the design of calculation methods and the study of related theories. Especially, the study of numerical algorithms with large range convergence for nonlinear partial differential equations is still in its infancy. How to design a stable numerical algorithm to approximate the unstable solution, and at the same time to reduce the dependence of the multiple solutions of nonlinear partial differential equations on the initial value, so as to achieve the convergence of a wide range, and to ensure that the solution calculated every time must be a new solution. So that every calculation is effective. All of these are very important and challenging scientific issues. The article mainly contains two parts. In the first part, for a class of nonlinear partial differential equations with mountain path variational structure, the basic concepts and ideas of the local minimax method (LMM) based on the standard inexact search criterion are introduced. The question whether the Goldstein linear search strategy in optimization theory can be extended to the computation of multiple solutions of nonlinear partial differential equations in infinite dimensional Hilbert spaces is answered. Based on the relationship between the gradient of the energy functional J and the bounded variation of the local peak selection p (v), a normalized Goldstein search criterion is presented, which overcomes the defect that the normalized Armijo search criterion needs to set a minimum iterative step size artificially in the algorithm. It is worth noting that the local peak selection of p (v) to satisfy the local Lipschitz continuity is a very important condition in the feasibility of the original LMM algorithm. In this paper, with the help of the local peaks defined by X.D.Yao in reference [114], the so-called "superlinear" property of p (v) is chosen. The feasibility of the LMM algorithm based on standardized Goldstein search criteria and Armijo search criteria is proved by reducing the local Lipschitz continuity condition of p (v) to continuity. The global convergence of the two algorithms is given under this weak assumption. The second part discusses the augmented partial Newton method (APNM).) for calculating the new solution. The appropriate augmented singular transformation (AST),) is constructed from the information of the solution, and the APN-M method is used to solve the corresponding augmented singular equation. The method limits the iteration to a class of generalized Nehari manifold MG and breaks the singular line-local field structure and symmetry invariance of the classical Newton method, which is the highlight of other Newton algorithms. It is worth pointing out that the algorithm is not restricted by the variational structure and ensures that the solution calculated every time must be a new solution, but its core is to construct an appropriate augmented singular transformation. On the basis of our previous work, this paper will propose a new class of ingeniously augmented singular transformations G, whose mathematical structure has changed greatly although it only appears to change slightly with the augmented singular transformation G in [115]. As a matter of fact, the conditions required for the calculation of the new solution by using the new augmented singular transformation G will be greatly weakened, and the conditions are easy to verify. In addition, the idea of using the new augmented singular transformation G to find the new solution is also applicable to the nonhomogeneous problem, thus extending the application of the APNM method. In this part, the theoretical analysis of the APNM method based on the new augmented singular transformation G is given, and it is directly applied to the multiple solutions of several nonlinear partial differential equations. It contains Henon equation, Gross-Pitaevskii equation and a class of nonhomogeneous nonlinear partial differential equations.
【学位授予单位】:湖南师范大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2016
【分类号】:O175.29
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,本文编号:2252367
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