高精度WENO格式的发展与展望

加权本质无振荡(weighted essentially non-oscillatory, WENO)格式是用于求解双曲守恒律方程和对流占优问题的一类高精度数值方法. WENO格式设计的思想是在解的光滑区域中获得高阶数值精度,而在解的间断附近保持本质无振荡的性质.以这种思想设计的有限差分和有限体积高精度WENO格式在计算流体力学等领域中得到了广泛应用.本文首先回顾WENO格式设计的基本思想和性质,简要介绍近年来WENO格式研究方面的一些进展,并阐述US-WENO (unequal-sized WENO)格式、MR-WENO (multi-resolution WENO)格式和HWENO (Hermite WENO)格式的构造策略.此外,本文还介绍高精度WENO格式在结构网格和非结构网格上的一些进展,展望这些高精度格式在多个领域中的应用以及未来的发展趋势.

新型显示薄膜喷墨打印技术的数学建模与分析

本文将新型显示薄膜喷墨打印技术的关键工艺过程“喷墨打印-干燥/烘烤成膜”中多组分聚合物溶液在压电作用下从喷管内喷出均匀液滴、液滴在基板上着床并融合成均匀的液体薄膜、液体薄膜经过蒸发留下溶质(如有机发光二极管OLED(organic light-emitting diode))形成均匀显示薄膜的3个核心科学问题,在数学上提炼为多组分聚合物流体带移动接触线和动态接触角以及带有蒸发条件的固-液-气多相耦合的自由界面问题.本文首先对这些问题的Newton流的数学模型进行热力学自洽的系统综述和完善,然后对包含相分离、溶剂蒸发和非Newton黏弹性等多物理现象的同类自由界面问题进行成体系的数学建模,对模型的理论分析和数值模拟提出一些研究思路.本文希望通过解决这些数学问题突破新型显示薄膜喷墨打印工艺的关键技术瓶颈,提高打印的良品率,推进产业化,促进数学在解决国家重大需求难题中的应用.本文以新型显示薄膜喷墨打印技术核心科学问题为背景,给数学工作者提出了一些新的重要的数学问题,同时也为相关材料科学家提供了可行的数学方案,为双方搭起了良好的沟通桥梁.

任意区域的网格自动生成和任意高阶有限元方法

本文首先简要介绍非拟合网格有限元方法求解复杂区域上椭圆问题的发展现状.然后结合最近本文作者发展的非拟合网格有限元方法,针对二阶椭圆方程提出一种任意光滑区域上的任意高阶协调有限元方法.本文在带悬点的Cartesian网格上自动生成诱导网格,在诱导网格上构造协调的高阶有限元空间,采用Nitsche技术处理Dirichlet边界条件,并证明方法的适定性和hp先验误差估计.数值算例验证了本文的理论结果.

极端条件下3维多物理多介质问题数值模拟中的若干问题

极端条件下3维多物理多介质问题是一类关系国家战略安全问题的重要科学问题.由于理论手段比较欠缺、实验昂贵甚至难以开展,数值模拟是研究这类问题的主要手段.本文回顾这一研究领域数值模拟的历史,分析目前存在的主要挑战,并展望未来的发展趋势.

涉及二项式系数与调和数的无穷级数

本文探讨和项涉及二项式系数与调和数的无穷级数,在阐述这方面的研究背景后提出一批新的级数等式猜想.本文包含64个猜测出的级数等式,它们都经Mathematica数值检验过.

基于自回归模型的社交网络依赖性检验

随着信息技术的迅速发展,社交网络对人们生活的影响日益显著,对各种社交网络的分析和研究也显得越来越重要.识别和确定社交依赖性是社交网络分析的主要目标.本文提出一个改进的空间自回归模型,引入一个易感性指标对个体社交网络依赖性进行分类.基于本文所提出的模型,本文构造一个用于检验社交网络依赖是否存在的得分检验统计量,给出在原假设和备择假设下的检验统计量的渐近分布.当社交网络依赖性存在时,可以得到易感性指标的参数估计.本文通过模拟来评估所提出的检验统计量的经验表现.最后应用本文所提出的方法分析一个面向视频游戏的实时流媒体视频平台的数据集.

Poisson方程的L^(p)理论

本文对于Poisson方程的Dirichlet问题(第一边值问题)、Neumann问题(第二边值问题)和Robin问题(第三边值问题),给出一个简单而统一的方法来得到解的全局L^(p)-估计(或称为Calderon-Zygmund估计).这个方法的核心是基本的L^(2)-估计和对于解的二阶偏导数的分布函数的精细分解.

基于符号数值计算的代数曲线区间插值

本文研究的代数曲线区间插值问题,是针对预先给定平面上的若干矩形小邻域,构造经过它们的次数最低的代数曲线、项数最少的代数曲线以及系数是整数的代数曲线.本文将上述问题转化为优化问题,给出基于符号数值计算和Lagrange乘子法的求解方法,应用这一方法解决了几个具体的有趣问题,包括基于太阳系行星、小行星和矮行星的轨道数据重新发现Kepler第三定律.

基于数学期望的非紧致保正性数值格式

常用的有限差分法、有限元方法和有限体积法等在数值求解偏微分方程时已经非常成功,但在处理各向异性问题时数值格式的保正性还存在一些问题.基于Feynman-Kac公式,可以将抛物方程的解表示为一个条件数学期望,涉及的随机扩散过程对应于抛物方程中的扩散项.不同于常用的紧致Markov链近似,本文用有限个连续分支路径逼近原来的随机过程,在满足相容性精度的条件下计算每个分支的停时(stopping time)、停时发生的概率和停时收益,从而可以逼近条件期望.这样基于数学期望的保正性,对任意的线性抛物型方程设计了一个全新的保正性的线性相容的数值格式,这是一个大时间步长、非紧致的、稳定的显式格式.由于有底层系统的理论支撑,本文的算法能够自适应地区分及处理边界的信息,避免现有算法(如半Lagrange方法)在边界附近精度缺失的问题.

具有几乎链条件的有限p-群

设t为正整数.若一个有限p-群的所有指数为p^(t)的子群皆交换,且它至少有一个指数为p^(t−1)的非交换子群,则称它为A_(t)-群.若一个A_(t)-群恰有s个指数为p^(t−1)的交换子群,其中s>0,则称它为A^(s)_(t-)群.显然,对于任意有限非交换p-群,一定可找到合适的整数s和t使得它是一个A^(s)_(t-)群.为了深入研究有限非交换p-群,结合A^(s)_(t-)群的结构特点,本文描述具有A^(0)_(t-1)-子群的A_(t)-群的结构,并证明对于任意的A^(s)_(t-)群,若s>1,则s≡1(mod p),进一步地,完全分类所有的A1 t-群.

基于投影相关的超高维生存数据的特征筛选新方法

本文对超高维右删失生存数据的特征筛选提出一种基于投影相关且具有确定独立筛选(projection correlation sure independent screening, PC-SIS)的新方法.一方面, PC-SIS方法并不需要指定任何模型,也不需要对生存函数进行非参数估计,且对矩条件和次指数条件不敏感,适用于对异常值或厚尾数据的分析.另一方面,在一定的正则化条件下, PC-SIS方法具有确定筛选性和秩相合性.模拟和实证研究表明, PC-SIS方法能在保留所有重要特征的前提下剔除与响应变量相关程度较弱的特征,以实现降维的目的.

环形位势下Gross-Pitaevskii能量泛函基态解的唯一性

针对环形位势,本文通过证明解的唯一延拓定理,证明Gross-Pitaevskii能量泛函基态解具有轴对称性,继而利用Pohazaev恒等式方法证明在不计旋转的意义下, Gross-Pitaevskii能量泛函基态解是唯一的.

具有周期外力场Dirac方程的基态解

本文研究非线性Dirac方程-i∑k=13αk?ku+aβu+M(x)u=g(x,|u|)u基态解的存在性,其中位势函数M(x)是周期的.当非线性项g在无穷远处分别满足超二次与局部超二次增长条件时,利用非Nehari流形方法,在非线性项没有严格单调条件的情形下,证明Nehari-Pankov型基态解的存在性.主要克服了两个困难:(1)相关能量泛函是强不定的,即工作空间分解成的正负子空间的维数都是无穷大,这导致经典的临界点定理不能直接应用;(2)当非线性项不是全局超二次时,验证Cerami序列的环绕结构并证明其有界性.

伪抛物方程的一些研究进展

本文是关于伪抛物方程的综述,内容包括伪抛物方程的物理背景以及从黏性角度对伪抛物方程的研究,重点介绍半线性伪抛物方程解的渐近行为方面的研究成果,这是目前研究较为深入的领域.

金融中的变分不等式问题

现代金融的很多决策问题在数学上可以表述成最优停时或奇异控制问题.这些问题从偏微分方程角度属于变分不等式问题,相应的自由边界对应于最优策略.本文给出金融中的一些典型的变分不等式模型、结果及尚待解决的问题.这些模型来自现代金融的3个重要研究方向:金融衍生品定价、投资组合选择及公司金融.

Block型Lie超代数上的非权单模

本文研究Block型Lie超代数S(q)上的一类非权模.本文构造和分类了Ramond-Block代数上秩为1的U(η)-自由模和Neveu-Schwarz-Block代数上秩为2的U(h)-自由模.同时也给出上述两类模成为单模的充要条件,并决定了它们的同构类.本文中的结果包含了一些已有结果.

高维空间相依数据的Expectile回归分析

空间数据的异质性、空间权重的内生性和解释变量的高维特征会给空间相依数据分析带来重大挑战.本文基于Expectile回归的稳健估计优势和惩罚压缩的有效降维能力,分别在外生空间和内生空间权重矩阵条件下,给出高维空间滞后模型未知参数的两步与三步惩罚Expectile估计,并在常规正则条件下证明所提出估计的相合性和变量选择的Oracle性质.数值模拟显示,两步估计法能有效处理外生空间权重矩阵条件下的稳健统计问题,同时三步估计法在外生空间和内生空间权重条件下均有优良表现.最后,通过分析我国市域空气质量与经济发展的关系,进一步验证所提出方法的有效性.

复杂高维异质性数据的加权分位回归方法

随着数字化智能技术的发展,信息泛滥、算力膨胀、数据异构性及混杂性等问题频现,给数据建模的理论方法带来极大挑战.本文从众数角度出发,提出最优分位水平概念和基于众数的加权分位回归(mode-based weighted quantile regression, MWQR)方法,以求最大程度利用样本信息.与已有估计方法相比, MWQR方法具有如下优势:(1)适用于复杂高维异质性数据,在误差分布厚尾和偏态时仍能保证稳健性;(2)解决了分位回归建模中分位水平主观选择的问题;(3)通过赋予不同分位水平不同权重,极大提升估计效率,减少运算时间;(4)有效探测响应变量的条件分布.鉴于MWQR方法的优势,本文进一步将其应用于部分线性可加模型,提出两种算法进行变量选择和系数估计,并探究理论性质.数值模拟及城投债“隐性担保”和血浆β-胡萝卜素浓度两组实际数据分析,表明该方法能很好地挖掘数据内蕴结构,显著提高运算效率,具有广泛的应用价值.

全抛物型吸引-排斥趋化流体系统解的全局存在性

本文研究一类摩擦力驱动下的全抛物型吸引-排斥趋化流体系统的Cauchy问题.当初始数据满足适当的正则性条件时,通过引入相应的自由能泛函,在排斥占优或平衡或吸引占优且初值质量(χ1−χ2)∫R^(2)n0(x)dx≤8π的情形下,证明全抛物型吸引-排斥趋化流体系统经典解的全局存在性.

信用等级变换的自由边界问题

本文总结近年来评估信用等级变换风险的结构化模型的建立和发展,特别关注了使用资产债务比划分高低等级并且不同等级的资产满足不同的随机过程的情形,而这个问题可以转化为自由边界问题.本文介绍关于这个模型的理论研究结果、计算和实证方法以及模型的一些推广和展望.