分数阶偏微分方程与近场动力学等非局部模型的高保真快速算法与数值分析

基本信息
批准号:11471194
项目类别:面上项目
资助金额:78.00
负责人:王宏
学科分类:
依托单位:山东大学
批准年份:2014
结题年份:2018
起止时间:2015-01-01 - 2018-12-31
项目状态: 已结题
项目参与者:程爱杰,鲁统超,崔明荣,刘蕴贤,金辉,任永强,贾金红,席开华,张绪浩
关键词:
非局部模型数值分析有限元方法高保真快速算法分数阶方程
结项摘要

Fractional partial differential equations and related nonlocal models provide more appropriate and accurate description for problems with nonlocal behavior such as anomalous diffusion than traditional integer-order partial differential equations do. However, numerical methods for nonlocal models generate dense matrices, and so require O(N2) of memory and (at each time step) O(N3) of computational cost, where N is the number of spatial unknowns. This makes their realistic three-dimensional applications virtually impossible. 1. We were the first internationally to derive fast high-fidelity numerical methods for (one- and multidimensional) space-fractional partial differential equations and related nonlocal models discretized on uniform spatial partitions, which reduce the memory requirement from O(N2) to O(N) and computational cost from O(N3) to O(N log2 N). Three dimensional numerical experiments showed that our fast method reduced the CPU time from almost three months to below 6 seconds while retaining the accuracy of the underlying method. The first objective of this proposal is to derive fast high-fidelity numerical methods for nonlocal problems on more general spatial meshes. 2. We recently showed that in the context of fractional differential equations, the regularity of coefficients and right-hand side (plus the smoothness of the physical domain for multidimensional problems) does not guarantee the regularity of the true solution to the problem. Hence, the high-order numerical methods developed and the high-order convergence rates proved in the literature under the assumption of the sufficiently high regularity of the true solution of the fractional differential equations are unfounded and cannot be guaranteed mathematically by any means. The second objective of this proposal is to develop high-order numerical methods and prove corresponding high-order convergence estimates without any assumption on the true solution of the problem but only in terms of the given data of the problem.

分数阶偏微分方程等非局部模型对反常扩散等兼有非局部特性的问题提供了比整数阶方程更为准确合理的描述。但它们的数值格式会产生稠密矩阵,传统方式求解要求O(N2)的存储量与(每一时间步)O(N3)的计算量,N是空间未知量个数。这使得它们的实际三维应用不可行。 我们通过深入研究数值格式的结构针对一致剖分的情况首次在国际上建立了求解(一维和多维)分数阶方程等非局部问题的高保真快速算法,其存储量为O(N),计算量为O(Nlog2N)。三维算例显示计算时间从近3个月改进为6秒并保持精度。本项目的研究目标是建立更一般空间网格上非局部问题的高保真快速算法。 我们的研究显示系数和右端(多维问题还包括区域)的正则性不能保证分数阶方程解的正则性。因此,文献上假定精确解光滑所得到的误差分析及高阶算法无法保证。本项目的第二个目标是在不假定解的正则性的条件下建立分数阶方程高阶数值方法及证明相应高阶误收敛性。

项目摘要

在项目执行期间,我们针对分数阶偏微分方程开展了数学分析,并对一类问题的适定性进行了深入研究。我们还对空间分数阶方程以及时间空间分数阶的数值格式研发了快速计算方法。我们也针对相关的非局部模型开展了数学分析、数值分析、以及快速方法方面的研究,并取得了一系列的研究成果

项目成果
{{index+1}}

{{i.achievement_title}}

{{i.achievement_title}}

DOI:{{i.doi}}
发表时间:{{i.publish_year}}

暂无此项成果

数据更新时间:2023-05-31

其他相关文献

1

玉米叶向值的全基因组关联分析

玉米叶向值的全基因组关联分析

DOI:
发表时间:
2

粗颗粒土的静止土压力系数非线性分析与计算方法

粗颗粒土的静止土压力系数非线性分析与计算方法

DOI:10.16285/j.rsm.2019.1280
发表时间:2019
3

正交异性钢桥面板纵肋-面板疲劳开裂的CFRP加固研究

正交异性钢桥面板纵肋-面板疲劳开裂的CFRP加固研究

DOI:10.19713/j.cnki.43-1423/u.t20201185
发表时间:2021
4

硬件木马:关键问题研究进展及新动向

硬件木马:关键问题研究进展及新动向

DOI:
发表时间:2018
5

主控因素对异型头弹丸半侵彻金属靶深度的影响特性研究

主控因素对异型头弹丸半侵彻金属靶深度的影响特性研究

DOI:10.13465/j.cnki.jvs.2020.09.026
发表时间:2020

王宏的其他基金

批准号:40872106
批准年份:2008
资助金额:43.00
项目类别:面上项目
批准号:31400661
批准年份:2014
资助金额:25.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:61671446
批准年份:2016
资助金额:58.00
项目类别:面上项目
批准号:51503167
批准年份:2015
资助金额:20.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:60403005
批准年份:2004
资助金额:5.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:49672139
批准年份:1996
资助金额:12.00
项目类别:面上项目
批准号:61333007
批准年份:2013
资助金额:315.00
项目类别:重点项目
批准号:51602268
批准年份:2016
资助金额:20.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:40742011
批准年份:2007
资助金额:13.00
项目类别:专项基金项目
批准号:61071057
批准年份:2010
资助金额:36.00
项目类别:面上项目
批准号:31801098
批准年份:2018
资助金额:27.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:20574026
批准年份:2005
资助金额:8.00
项目类别:面上项目
批准号:60873172
批准年份:2008
资助金额:32.00
项目类别:面上项目
批准号:31872078
批准年份:2018
资助金额:60.00
项目类别:面上项目
批准号:81271719
批准年份:2012
资助金额:70.00
项目类别:面上项目
批准号:71101026
批准年份:2011
资助金额:20.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:81202449
批准年份:2012
资助金额:23.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:31000229
批准年份:2010
资助金额:21.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:60472065
批准年份:2004
资助金额:23.00
项目类别:面上项目
批准号:31201069
批准年份:2012
资助金额:23.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:31300469
批准年份:2013
资助金额:20.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:51573064
批准年份:2015
资助金额:63.00
项目类别:面上项目
批准号:50077003
批准年份:2000
资助金额:22.00
项目类别:面上项目
批准号:41275007
批准年份:2012
资助金额:80.00
项目类别:面上项目
批准号:41906194
批准年份:2019
资助金额:25.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:50906102
批准年份:2009
资助金额:20.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:81602800
批准年份:2016
资助金额:18.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:60773121
批准年份:2007
资助金额:28.00
项目类别:面上项目
批准号:71103032
批准年份:2011
资助金额:19.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:41471350
批准年份:2014
资助金额:90.00
项目类别:面上项目
批准号:51676022
批准年份:2016
资助金额:65.00
项目类别:面上项目
批准号:61574107
批准年份:2015
资助金额:68.00
项目类别:面上项目

相似国自然基金

1

结构保持的图像非局部分数阶数值模型与算法研究

批准号:61301243
批准年份:2013
负责人:江玲玲
学科分类:F0116
资助金额:24.00
项目类别:青年科学基金项目
2

随机时空分数阶偏微分方程数值算法理论分析与应用

批准号:11801563
批准年份:2018
负责人:沈天龙
学科分类:A0504
资助金额:23.00
项目类别:青年科学基金项目
3

数值求解分数阶偏微分方程的高精度快速算法研究

批准号:11401319
批准年份:2014
负责人:高广花
学科分类:A0504
资助金额:22.00
项目类别:青年科学基金项目
4

非线性分数阶偏微分方程的高效数值算法研究

批准号:11526074
批准年份:2015
负责人:任金城
学科分类:A0504
资助金额:3.00
项目类别:数学天元基金项目