大学数学实践教学改革的探索

数学在理工科专业人才培养方面占有很重要的地位,在如何提高大学生的数学学习兴趣、提高数学实践应用能力方面,本文介绍了经过探索实践后建立起来的数学实践教学模式和三层次教学法,给出了数学实践教学的实施方法及保障措施。为高等学校应用型人才和创新型人才的培养,在数学基础课程学习阶段探索出一种切实可行的途径。

三次Bézier曲线的新扩展及其应用

给出了两组分别含有2个和3个形状控制参数的三次和四次多项式基函数,它们都是三次Bernstein基函数的扩展;分析了这两组基函数的性质,基于此两组基定义了两种分别带形状参数α,γ和α,β,γ的多项式曲线,它们都以三次Bézier曲线为特殊情形。两种新曲线不仅具有三次Bézier曲线的特性,而且具有灵活的形状可调性和更好的逼近性。最后讨论了两种扩展曲线的拼接条件及它们在曲线曲面造型中的应用,并给出了两个扩展曲面的定义。实例表明,定义的两种新扩展曲线为曲线/曲面的设计提供了两种有效的新方法。

二维非线性对流扩散方程特征有限元的两重网络算法

针对二维非线性对流扩散方程,构造了特征有限元两重网格算法.该算法只需要在粗网格上进行非线性迭代运算,而在所需要求解的细网格上进行一次线性运算即可.对于非线性对流占优扩散方程,不仅可以消除因对流占优项引起的数值振荡现象,还可以加快收敛速度、提高计算效率.误差估计表明只要选取粗细网格步长满足一定的关系式,就可以使两重网格解与有限元解保持同样的计算精度.算例显示:两重网格算法比特征有限元算法的收敛速度明显加快.

一维非线性对流扩散方程特征有限元的两重网格算法

针对一维非线性对流扩散方程,构造了特征有限元两重网格算法.该算法只需要在粗网格上进行非线性迭代运算,而在所需要求解的细网格上进行一次线性运算即可.对于非线性对流占优扩散方程,不仅可以消除因对流占优项引起的数值振荡现象,更重要的是可以加快收敛速度、提高计算效率.误差估计表明,只要选取粗网格步长与细网格步长的平方根同阶,就可以使两重网格解与有限元解保持同样的计算精度.

CE-Bézier可展曲面的设计与形状调整

为了解决工程中可展曲面位置与形状难以调整和控制的问题,基于3D射影空间中点和平面间的对偶性这一重要思想,提出了2种直接、简单有效的可展曲面设计新方法.首先,构造了一组含有2个形状参数α、γ的三次多项式调配函数,并定义了一种带2个形状控制参数的CE-Bézier曲线族,然后利用这种带参数的CE-Bézier调配函数生成了具有CE-Bézier基的控制平面,并由该控制平面来进行可展曲面的设计,同时给出了在CE-Bézier基函数下可展曲面的参数表示形式.由新方法生成的可展曲面不仅具有灵活的局部形状可调性和更强的描述能力,而且保留了Bézier曲面的特性,特别是当α、γ都取值为1时,所生成的可展曲面即为Bézier可展曲面.2种可展曲面设计方法的应用实例表明,该设计方法不仅简单、有效,而且易于控制曲面形状,从而为可展曲面的设计提供了一种新途径.

对流占优扩散方程的楔形基无网格法

传统的微分方程数值解方法求解对流占优扩散方程时,往往产生数值震荡现象,为了消除数值震荡,本文构建了一种新的数值求解方法――无网格方法进行数值求解.该方法采用配点法并引入一种新的楔形基函数构建了楔形基无网格方法,不需要网格划分,是一种真正的无网格方法,可以避免因为网格划分而影响计算效率.通过对新的楔形基函数的理论分析,证明了本文方法解的存在唯一性.最后,分别通过一维和二维的数值算例,表明该算法计算精度高,可以有效消除对流占优引起的数值震荡,是一种计算对流占优扩散方程数值解的高效方法.

二维非线性对流扩散方程的特征混合有限元两重网格算法

本文构造了求解非线性对流扩散方程的两重网格算法,该算法首先是在步长为H的粗网格上求解一个非线性问题,再利用粗网格解得到一个线性问题并在细网格上求解一个线性问题。理论分析与数值计算表明,该算法不仅消除了数值振荡现象,还极大地提高了非线性对流扩散方程的计算效率。

基于遗传算法的C-Bézier曲线降阶

针对C-Bézier曲线的近似降阶问题,基于遗传算法,给出了一种用n次C-Bézier曲线最小平方逼近n+1次C-Bézier曲线的方法。该方法从最优化思想出发,把C-Bézier曲线的降阶问题转化为求解函数的优化问题,通过选择适应值函数,利用简单的循环执行复制、交叉、变异、选择求出该优化问题的最优值,从而实现了C-Bézier曲线在端点无约束和端点G0约束条件下的近似降阶逼近。实例结果表明,所提方法不仅可以获得较好的降阶效果,而且易于实现、精度高、误差计算简单,可以广泛地应用于计算机辅助设计中对曲线的近似降阶。

一维非线性对流占优扩散方程特征差分法的两重网格算法

针对一维非线性对流扩散方程,构造了特征差分的两重网络算法,并给出了误差估计和数值算例。此方法是先在粗网格上计算非线性问题,再在细网格上计算线性问题,数值算例表明,在计算精度保持不变的情况下,此算法可以极大提高非线性对流扩散问题的计算效率。

对流方程的一种特征差分算法

将特征线方法与有限差分方法相结合 ,借助于双线性插值 ,给出了求解对流方程数值解的一种新的特征差分格式。该算法的优点是插值节点容易选取 ,计算格式绝对稳定 ,特别适用于求解变系数方程。

对流占优扩散方程的改进特征差分算法

将特征线方法和有限差分方法相结合,给出了一种求解对流占优扩散方程数值解的新的隐式特征差分格式,并研究了新算法的收敛性。新算法的优点是适应性强,特别适用于变系数方程,数值试验的结果表明在消除数值震荡方面更有效。

带参数均匀B样条曲线的近似合并

为了进一步丰富和发展一种带多局部形状参数的3次扩展均匀B样条曲线的相关理论,提出了该曲线的一种近似合并方法.该方法通过将曲线拟合方法与广义逆矩阵理论相结合,直接得到了合并后3次带参扩展均匀B样条曲线控制顶点的显示表达式,同时还给出了具体的合并误差.实例结果表明,所提出的方法不仅可以获得较好的合并效果,而且具有易于实现、误差计算简单的特点,可以广泛地应用于计算机辅助设计中对曲线的近似合并.

对流占优扩散方程一种新的特征差分算法

将特征线法和有限差分法相结合,借助于双线性插值,给出了求解对流占优扩散方程数值解的一种新的特征差分格式,并研究了算法的收敛性。该算法的优点是特别适用于求解变系数的对流占优扩散方程,能更有效地消除数值震荡现象。

深化数学建模课程教学 推进数学的实践与应用

阐述了数学建模活动在现实世界中的重要性,回顾了我国及我校数学建模活动开展的历程及现状,提出了该项活动继续进行需要解决的问题,并给出了问题的解决方案。

CE-Bézier与H-Bézier曲线的光滑拼接及应用

CE-Bézier曲线作为一种重要的带多形状参数的三次扩展Bézier曲线,不仅具有与三次Bézier曲线类似的性质,而且具有优良的形状可调性和更好的逼近性。为了进一步发展CE-Bézier曲线的相关理论,针对CE-Bézier曲线无法精确表示指数曲线、悬链线等超越曲线的缺点,利用CE-Bézier曲线与H-Bézier曲线间的拼接技术,来处理CE-Bézier曲线造型中指数曲线、悬链线等超越曲线的表示问题。最后,给出了具体的数值实验;造型实例表明,该方法在计算机辅助几何设计中具有一定的应用价值。

蒸发条件下非饱和土壤水运动方程的楔形基配点法

为了模拟大田试验的水分分布,对蒸发条件下含根系吸水项的一维非饱和土壤水分运动方程,采用新的数值方法--楔形基配点法进行数值模拟。与传统的差分格式和有限元相比,计算格式简单、方便、实用,并在计算时间和计算误差方面更具有优势。应用土壤剖面含水率的实测值与本文算法的模拟值对模型进行了验证,结果表明,模拟值与实测值之间的拟合效果好,模拟精度在98%以上,表明所建模型能比较真实地反映蒸发条件下土壤水分的运动情况。

对流扩散方程的特征线MWLS算法

针对对流扩散方程,采用无网格法中的移动最小二乘近似方案与加权最小二乘法离散方案,结合特征线法,构造了特征加权最小二乘无网格算法(MWLS),并进行了数值试验验证.新算法克服了传统数值方法求解动态问题网格限制的缺陷,摆脱了在空间域上离散受制网格的束缚,不需要网格的初始划分或重构.试验结果显示,本算法可以达到与有限元求解几乎相同的结果,体现了不失精确度但却方便实用的优点.

四次C-Bézier曲线的形状修改

在分析四次C-Bézier曲线性质的基础上,通过修改形状参数α和调整控制顶点,分别提出了两种修改四次C-Bézier曲线形状的新方法。分析了控制参数α对曲线形状的影响,并通过调节形状参数实现了四次C-Bézier曲线形状的修改;基于控制顶点与曲线形状关系的几何模型,给出了另一种通过调整控制顶点来修改四次C-Bézier曲线形状的方法,实现了曲线整体或局部的形状修改;给出了一些具体的数值实例。造型实例表明,该方法在计算机辅助几何设计中具有一定的应用价值。

径向基无网格法在蒸发作用下一维排水问题中的应用

无网格方法是一种只需要节点信息而不需要划分网格的数值计算方法.利用径向基无网格法求解一维排水问题,导出了在地下水蒸发强度与埋深成线性关系时,一维不稳定流方程的无网格算法,通过迭代求其数值解.与常用的地下水位近似理论解、有限元解以及实测数据进行比较,均表明该算法误差小、收敛性好、实用性强,可以很好地应用于农田排水问题的计算.

土壤溶质迁移方程的迎风稳定有限点法

针对土壤溶质迁移方程具有对流项的特性,构造了迎风稳定有限点方法.该方法采用自适应迎风格式使其支持域偏向于迎风侧,以获取到上游信息,在对流占优的情况下,避免数值震荡现象.通过对一维和二维土壤溶质迁移方程的数值计算,详细分析了在不同布点、不同时间步长、不同影响因子的作用下,新算法数值解的收敛性、收敛阶与稳定性.数值结果表明本文方法在边界及梯度变化大的区域内,可以有效地提高计算精度,达到消除数值震荡的目的.