空间分数阶偏微分方程非标准有限差分方法的稳定性和收敛性

本文研究空间分数阶偏微分方程非标准有限差分方法数值解的相关问题.采用Grünwald-Letnikov公式和平移Grünwald-Letnikov公式分别对两个空间分数阶导数进行离散.再运用带有时间和空间步长的分母函数构造非标准有限差分方法.进而利用von Neumann分析方法对差分格式的稳定性和收敛性进行研究,获得了一些新的结果.数值例子验证了非标准有限差分方法用于求解空间分数阶偏微分方程的有效性.

一类分数阶q-差分方程广义反周期边值问题

考虑一类非线性Caputo型分数阶q-差分方程的广义反周期边值问题,用Banach不动点定理给出该广义反周期边值问题解的存在唯一性结果,并给出一个应用实例.

多项时间分数阶混合扩散-波动方程ADI有限差分法

用交替方向隐式(ADI)有限差分法研究多项时间分数阶混合扩散-波动方程的数值解,在时间方向上,采用降阶的方法,将扩散项和波动项转化为RL积分项和扩散项,分别使用L2-1和L1公式逼近;空间方向结合二阶中心差商离散,并通过数值算例验证差分格式的有效性.

分数阶时间偏微分差分方程新的精确解

基于指数函数展开法,借助符号计算系统Maple,构造了时间-分数阶偏微分差分方程新的指数形式解,结果有助于理解时间-分数阶偏微分差分方程对应的数学模型,其指数函数展开法也可以用来构造其他分数阶微分差分方程的精确解.

基于L2-1_(σ)格式逼近时间分数阶扩散方程的差分方法及其收敛性分析

针对时间分数阶扩散方程,在时间方向上结合L2-1_(σ)格式,空间上采用二阶中心差分方法进行离散,并对离散格式进行了收敛性和稳定性分析,离散格式和分析方法可以很容易推广到空间高维情形。最后,通过数值算例对L2-1_(σ)格式和L1格式进行了误差和收敛阶的对比,显示出L2-1_(σ)格式在时间分数阶导数逼近上的优势。

求解时间分数阶相场微分方程的自适应分数阶物理信息网络

本文提出具有自适应权重的分数阶物理信息神经网络(adaptive-fPINN-PQI)求解时间分数阶偏微分方程。首先,利用Hadamard有限部分积分意义上的分段二次插值(PQI)对时间分数阶导数进行离散。其次,为降低自动微分引入的误差,本文采用中心差分法代替自动微分求导,计算空间各阶偏导数,提高了预测解精度。此外,本文构建的自适应权重残差网络,基于残差网络架构有效防止梯度消失。并通过建立自适应权重来自动调整不同损失项的权重,显著平衡其梯度,进一步提升预测解精度。最后,将adaptive-fPINN-PQI用于求解时间分数阶相场偏微分方程,证明了该网络的高精度和高效率。

一类非线性分数阶q-差分方程耦合系统边值问题解的存在性

考虑了一类非线性Caputo型分数阶q-差分方程耦合系统边值问题。应用Leray-Schauder非线性抉择和Altman不动点定理证明该耦合系统边值问题解的存在性。最后通过例子说明了主要结论在实际问题中应用。

一个求解二维非线性时间分数阶波动方程的向后欧拉差分格式

基于所考虑方程的等价积分-微分形式,将卷积求积公式与向后欧拉差分公式相结合,建立了一种求解二维非线性时间分数阶波动方程的数值格式.通过理论推导说明该格式在时空方向上的精度为O(τ+h^(2)_(1)+h^(2)_(2)),并用数值算例验证了该结论.

分数阶多延迟抛物方程不同差分格式的分析

为获得分数阶多延迟抛物方程精确的解析表达式及其数值解,结合分数阶微积分的定义和数值方法,对分数阶多延迟抛物方程构造一类线性化的Crank-Nicolson差分格式和紧致差分格式.通过数值算例对差分格式的可解性、稳定性和收敛性进行验证.结果表明,该分数阶多延迟抛物方程的Crank-Nicolson差分格式和紧致差分格式具有良好的精确性和有效性.

Caputo-Katugampola时间分数阶扩散方程的数值求解方法

本文研究带Caputo-Katugampola分数导数时间分数阶扩散方程的数值解法: 使用中心差分格 式离散空间扩散顶,采用L1差分格式离散时间分数阶导数。 实验结果表明该方法在空间和时间上 的收敛速度分别为2阶和2 − α阶。

分数阶微分差分方程的Matlab求解

基于Adams类型的预估-校正法,探讨数值求解分数阶微分方程的Matlab执行程序,并推广该方法以数值求解分数阶差分方程.

基于空间分数阶偏微分方程图像去噪的隐式差分方法

图像去噪的空间分数阶偏微分方程方法是图像去噪领域中的一个重要方向,对于它的数值方法研究有重要的理论意义和实用价值。本文研究基于空间分数阶偏微分方程的图像去噪方法,对空间分数阶图像去噪模型构造隐式差分格式,分析格式解的存在唯一性和格式的稳定性、收敛性,并给出精度分析。理论分析和数值试验证实:隐式差分格式对求解空间分数阶偏微分方程是可行的,且去噪效果优良。

一类Riesz空间分数阶时滞扩散微分方程的隐-显差分格式

通过对一类含有非线性时滞项的Riesz分数阶扩散微分方程的线性项采用隐式差分格式离散,对含有时滞非线性项采用显式差分格式离散,构造了求解该问题的隐-显差分格式.并证明了方法是收敛和稳定的.最后还利用外推技巧提高了方法的收敛阶,若干的数值结果也验证了本文的理论结果.

一种基于分数阶偏微分方程的图像放大算法

针对传统图像放大算法的不足之处,将物理意义鲜明的分数阶偏微分理论引入到图像放大算法中,提出一种新的基于分数阶偏微分方程的图像放大算法,使得放大图像的轮廓更加清晰,同时能够有效保留放大图像的细节边缘特征。仿真实验结果表明,该方法对比传统图像放大算法在放大图像的同时也增强图像的清晰度和对比度。

分数阶偏微分电报方程一种解法的数值验证

对于二维分数阶偏微分波动方程,前人通过差分格式离散的方法求出了数值解;为了进一步提高数值解的精度,减小误差,采用了另一种差分格式;传统的离散方式在所选择的离散点处直接按分数阶导数的定义离散,现在采取的方法是在所给相邻两个离散点连线的中点进行离散;为了证明此种差分格式是否有效,选取了一个数值算例进行编程计算。最终证明中点离散算法的数值解具有较高精度。

非线性q-分数阶微分方程初值问题的差分方法

近年来,q-微积分(也称量子微积分)和q-分数阶微积分在数学和物理领域中有较多的关注。与经典的分数阶微积分相比,q-分数阶微积分的研究还不成熟,对于0<α<1阶的Caputo型q-分数阶微分方程常用L_(1)离散,但对于1<β<2阶的Caputo型q-分数阶微分方程没有给出求解方法。本文继续沿用L1离散方式,得到求解1<β<2阶的Caputo型q-分数阶微分方程的差分方法并对此方法进行分析,验证其有效性。

求解q-分数阶微分方程边值问题的差分方法

提出了一种差分法来解q-分数阶微分方程边值问题。首先利用差分公式在时间测度集Tq上离散分数阶q-导数,从而建立了差分方程,再使用对角占优矩阵理论证明了差分解的存在唯一性。然后给出了差分解的稳定性估计和误差估计。

一类非线性分数阶差分方程边值问题解的存在性及Ulam稳定性

讨论了一类非线性分数阶差分方程解的存在性及Ulam稳定性。应用Schaefer不动点定理及不等式技巧获得了方程解的存在性结果,同时得到了方程的解具有Ulam稳定性的新判据,并举例说明了所得主要结果的有效性。

时间分数阶反应-扩散方程的隐式差分近似

考虑时间分数阶反应-扩散方程,它是从标准的反应-扩散方程中用分数阶导数α(0<α<1)代替一阶时间导数而得到.提出了一个计算有效的隐式差分近似.利用分数阶离散系数的特点,证明了这个隐式差分近似是无条件稳定的,并且也证明了它的收敛性.最后给出数值例子.

变分数阶扩散方程的新隐式差分法

针对变分数阶扩散方程,提出新隐式差分法.首先,对二阶空间导数和Riemann-Liouville型变时间分数阶导数算子进行离散化处理,将变分数阶扩散方程转化为代数方程组求解;然后,借助Fourier级数技术给出了新隐式差分法的收敛性分析;最后,通过数值算例检验该方法,计算结果表明了新隐式差分法的可行性和有效性.