分数阶Logistic模型的差分解与环境容纳量反演

对于具有空间依赖环境容纳量的分数阶Logistic非线性增长模型,通过变量替换建立有限差分格式,在环境容纳量适当大的条件下,利用谱估计方法证明差分格式的稳定性和收敛性。进而考虑一个利用内点观测数据重建环境容纳量的反问题,应用同伦正则化算法进行数据随机扰动下的数值反演,计算结果表明反演重建解随着扰动水平的减小逐步逼近真解。

用边界积分法求解热传导方程的反问题

采用边界积分法求解热传导方程的反问题 ,并利用热传导方程的基本解对一维情况进行了数值计算 .

反热源问题及其数值计算

对于热源项为f(t)φ(x)的反热源问题,在f(t)未知的情况下,得到了类似于第一类Volterra型积分方程的解决办法,并给出了稳定性分析和数值例子。

热方程的非特征Cauchy问题的显式Hlder型估计

讨论了二维热方程的非特征Cauchy问题,利用权函数方法,得到了带有显式常数的Hlder型条件稳定性估计,这在这种不适定问题的数值计算的误差分析中是有用的.

一个多点源扩散方程的源强识别反问题

对于一类带有多个点源的扩散方程混合边值问题,应用差分法给出了一个数值求解格式,并在已知点源个数及其位置的前提下,根据出流端的浓度观测数据,应用最佳摄动量正则化算法对源强度识别反问题进行了数值反演.通过两个数值算例验证了算法的有效性,同时讨论了正则参数、数值微分步长以及初始迭代值等参数选取对反演算法的影响.

含三个时间分数阶导数的反常扩散方程求解与微分阶数反演

对于一类带有三个时间分数阶的一维反常扩散问题,基于Caputo意义下时间分数阶导数的离散,给出了一个有限差分求解格式,并利用分离变量法及Laplace变换得到该问题的解析解.进一步应用同伦正则化算法,根据内点处的浓度观测数据对确定微分阶数的反问题进行数值反演,并讨论时间-空间步长及数据扰动等因素对反演算法的影响.

一维对称空间分数阶对流弥散方程的数值解

探讨了有限区域上一维对称的空间分数阶对流弥散方程的数值求解问题.基于Grunwald-Letnikov分数阶导数的定义,推导了一个有限差分格式,并讨论了分数微分阶数、弥散系数及平均流速对数值解的影响.

时间分数阶二维对流扩散方程多点源强的数值反演

对于一类带有多个点源的二维反常扩散问题,基于Caputo意义下时间分数阶导数的离散,给出了一个有限差分求解格式.在已知点源个数及位置的前提下,根据终止时刻的浓度观测数据,应用最佳摄动量正则化算法对源强度识别反问题进行了有效的数值反演,并讨论了正则参数、分数微分阶数及数据扰动等因素对反演算法的影响.

对流弥散方程的时间依赖反应系数反演及应用

探讨了一维对流弥散方程的时间依赖反应系数函数的反演问题及其在一个土柱渗流试验中的应用.借助一个积分恒等式,讨论了正问题单调解的存在条件及反问题的数据相容性.进一步考虑一个扰动土柱试验模型模拟问题,应用一种最佳摄动量正则化算法,对反应系数函数进行了数值反演模拟,并应用于实际试验数据的反分析,反演重建结果不仅与相容性分析一致,而且与实际观测数据基本吻合.

含两个时间分数阶导数的二维反常扩散方程求解与微分阶数反演

对于一类含两个时间分数阶导数的二维反常扩散方程,基于对时间分数阶导数在Caputo意义下的离散,得到一个有限差分格式;利用分离变量法与Laplace变换得到该问题的解析解,并将两种方法得到的解进行数值比较.进一步,给定终值时刻数据,应用同伦正则化算法对扩散方程中的两个时间微分阶数进行数值反演,并给出反演算例.数值结果表明随着数据扰动水平的降低,解误差逐步变小,所用的反演算法对微分阶数反问题是有效的.

变分数阶扩散方程微分阶数的数值反演

对于变分数阶扩散方程,给出一个隐式差分求解格式。进一步讨论由内点观测数据确定微分阶数的一个反问题,应用同伦正则化算法在不同参数取值条件下进行数值反演模拟。数值结果表明当微分阶数接近于1时,数值求解及其参数反演效果较好。

时间-空间双边分数阶扩散方程微分阶数的反演

研究了一维时间-空间双边分数阶扩散方程的求解与微分阶数的数值反演问题.基于Caputo意义下时间分数阶导数和Grünward-Letnikov意义下空间双边分数阶导数的离散,给出了一个有限差分求解格式,证明了其稳定性和收敛性.分别基于终值数据及区域中点处的观测值作为附加数据,应用同伦正则化算法对微分阶数进行数值反演.反演结果表明同伦正则化算法对于分数阶扩散方程的微分阶数反演是有效的.

应用同伦正则化算法反演二维溶质运移模型中的弥散系数

利用同伦正则化算法探讨了二维对流弥散方程的依赖空间变量的弥散系数反演问题.讨论了初始迭代值、数值微分步长、以及收敛精度对算法实现的影响.数值模拟表明,同伦正则化算法对于此类参数反演问题是一种有效的方法.

线性方程组直接解法教学设计的一些改进

线性方程组的直接解法是计算方法课程中的基本内容与方法,在很多数值计算的过程中都有广泛的应用。现有教材的教学内容和设计整体性不强,对几类方法的相关性描述不足,不利于学生对方法的理解。本文重新梳理现有教材中的教学内容,对现有的教学设计提出几点改进。首先,改变传统教材中的教学顺序,将三角分解内容前置,突出本章的教学重点;然后,以紧凑格式的LU分解为核心,串联章节的各部分内容,使学生能够更深刻理解各部分内容之间的内在联系;再有,对列主元方法进行修正,避免学生产生歧义。最后,对相关实践环节提出建议。通过以上教学设计的改进,旨在提高学生对相关内容的理解与兴趣,培养学生的思考和创新能力。

空间-时间分数阶变系数对流扩散方程微分阶数的数值反演

考虑终值数据条件下一维空间-时间分数阶变系数对流扩散方程中同时确定空间微分阶数与时间微分阶数的反问题.基于对空间-时间分数阶导数的离散,给出求解正问题的一个隐式差分格式,通过对系数矩阵谱半径的估计,证明差分格式的无条件稳定性和收敛性.联合最佳摄动量算法和同伦方法引入同伦正则化算法,应用一种单调下降的Sigmoid型传输函数作为同伦参数,对所提微分阶数反问题进行精确数据与扰动数据情形下的数值反演.结果表明同伦正则化算法对于空间-时问分数阶反常扩散的参数反演问题是有效的.

对流弥散方程线性源项系数反演的变分伴随方法

应用变分伴随方法研究终值数据条件下一维对流弥散方程中确定空间依赖源项系数的反问题.基于正问题的伴随问题,建立一个联系已知数据与未知系数的变分恒等式,进而验证误差泛函的极小点即为反问题的一个解.进一步,利用变分恒等式及对伴随问题解的控制,证明反问题解的唯一性.最后,应用最佳摄动量算法给出数值反演算例说明该反问题的数值稳定性与唯一性.

关于位势反问题的矩方法的误差估计

讨论了数学物理中的一类位势反问题.众所周知,这个反问题在一般情形下,不具有唯一性.据此,在未知区域为多边形的情况下,利用复分析中的结果,可以把问题转化为一个矩问题来求解.并且讨论了在测量数据具有误差的情形下,给出了一个误差估计.这个误差估计可以用来检验实际数值计算的结果是否可行.同时,也讨论了其他相关的问题.