基于Taylor级数构造高阶差分格式的方法与应用研究

有限差分方法常用于求解微分方程的数值解,而高阶差分格式在数值计算中有着非常重要的地位.Taylor级数的应用非常广泛,在数值微分中有着非常重要的作用,尤其是在获得截断误差的过程中.以3阶、4阶、6阶差分格式为例,给出了利用Taylor展开式构造对应差分格式的详细过程和一般高阶差分格式的构造方法.通过两个具体应用实例,利用高阶、低阶差分格式求解常微分方程的数值解,并对结果进行分析,验证高阶差分格式的高效性.结果表明,基于Taylor级数构造高阶差分格式的方法可行.

一阶弹性波方程交错网格高阶差分解法稳定性研究

稳定性问题是数值求解波动方程的基本问题 .文中对三维横向各向同性介质中一阶弹性波方程交错网格高阶差分解法的稳定性进行了分析 ,给出了不同精度差分方程统一的稳定性条件 ,证明了三维TI介质中一阶弹性波方程交错网格高阶差分解法的稳定性由弹性波在X、Y、Z三个方向上的Courant数共同决定 .最后通过几种精度差分方程的稳定性条件 ,说明了这种一阶弹性波方程高阶差分解法具有高精度、高效率的特点 .

一种适于强横向变速的高阶差分正演模拟方法

波动方程正演模拟法相对于射线法具有精度高、效率低的特点。为了提高其效率 ,提出了一种高阶差分正演模拟方法。该方法考虑了速度场局部的强横向变化 ,适于复杂介质的正演模拟 ;在相同精度下 ,高阶差分的空间横向间隔可取为低阶差分的 2～ 4倍 ,有较高的计算效率 ;高阶差分加上合适的边界条件能较好地解决网格频散和边界效应问题。通过对Marmousi模型的试算 ,验证了该方法对复杂速度模型的适应性、有效性和实用性。

可变网格与局部时间步长的交错网格高阶差分弹性波模拟

交错网格高阶差分方法是一种在保持效率的前提下提高弹性波模拟精度的有效方法.本文将可变空间网格与变化的时间步长技术引入到交错网格高阶差分弹性波模拟中,提出一种空间网格可任意奇数倍变化与时间步长任意变化的交错网格高阶差分弹性波模拟方法.一系列数值试验表明,该方法能够在保证模拟精度的同时,通过有效降低空间与时间维度上的过采样来显著提高弹性波模拟的效率.同时,该方法还能够精细刻画含孔缝洞介质以及横向变化剧烈介质的局部细微结构,减小弹性波模拟误差,提高介质细微结构处的弹性波传播模拟精度.

可变网格与局部时间步长的高阶差分地震波数值模拟

提高计算精度与效率是所有地震波正演方法所追求的目标.本文通过将变化的空间网格与变化的时间步长技术相结合,提出一种空间网格大小与时间步长均可任意变化的高阶有限差分模拟方法.一系列数值试验表明,该方法在保证模拟精度的同时,显著提高了模拟的效率.这种可变空间网格与局部时间步长的模拟方法,能够精细刻画含孔缝洞介质以及横向变化剧烈介质的微小结构,减小地震波模拟误差,提高介质细微结构情况下的地震波传播模拟精度与效率.

各向异性介质中弹性波动高阶差分法及其稳定性的研究

稳定性是数值计算波动方程的最重要条件之一．本文就正交对称和六方对称各向异性介质中的弹性波动方程研究了时间和空间上差分精度可达任意阶的交错网格高阶差分法后，又导出了该方法的稳定性条件．为利用这种既精确又高效的数值方法来研究地震各向异性中的正反演问题提供了理论依据．

各向异性弹性波动交错网格高阶差分法的误差研究

研究了各向异性介质中弹性波动方程交错网格高阶差分法求解的数值相速度色散和数值相速度误差。从而表明了交错网格差分法一般情况下要求每个最短波长离散网格点数约为６。同时表明了高阶差分（４，６）阶的数值各向异性要比低阶的（２，２）阶小得多。

一种基于短时能量和高阶差分的端点检测方法

语音信号处理的速度和结果很大程度上受到端点检测的影响.传统的短时能量和过零率相结合的端点检测算法在低噪声环境下,可以获得满意的检测效果.然而,在高噪声的环境下,甚至难以有效检测语音信号.研究表明,高阶差分结合短时能量的新方法在低噪声环境下,可获得与传统方法相似的效果,而在高噪声下,则明显优于传统方法.

基于多步高阶差分格式求解时域Maxwell方程(英文)

提出基于无穷维哈密尔顿系统及分裂算子理论的多步高阶差分格式,求解时域Maxwell方程.在时间方向上,针对Maxwell方程采用不同阶数的辛算法进行差分离散;在空间方向上,采用四阶差分格式进行差分离散.探讨多步高阶差分格式的稳定性及数值色散性,最后给出数值计算结果.结果表明,五级四阶格式为最有效的多步高阶差分格式,具有高精度、占用较少的计算机资源等优点,适用于长时间的数值模拟.

高阶差分视角下的积分攻击

积分攻击和高阶差分攻击是分组密码的两种重要分析技术.尽管两者的理论基础并不相同,但是它们的攻击过程却十分相似.该文从高阶差分分析的视角来解释AES和Rijndael-256的积分区分器,证明高阶差分分析对此类算法同样有很强的分析能力.此外,改进了Rijndael-256的3轮区分器的数据复杂度.最后,给出了SPON-GENT杂凑函数中间置换的14轮零和区分器.

构造Feistel-SP结构高阶差分区分器的新方法

著名的分组密码算法DES所采用的Feistel结构一直活跃在对称密码领域,它的安全性分析也是密码学的热点之一.AES的问世,并没有减弱Feistel结构的吸引力,反而给了很多分组密码与杂凑函数的设计者启发,许多新出现的对称密码算法整体采用Feistel结构,而轮函数采用SP结构,一般称它们为Feistel-SP类算法.本文对这类结构的代数次数增加情况进行研究,利用Feistel结构的迭代特点与SP结构的积分性质,改进了Feistel-SP类算法代数次数上界的估计方法.利用这一方法可以构造此类算法更多轮数的高阶差分区分器与已知密钥高阶差分区分器.此外,我们利用这一技术得到了四种常用参数下Feistel-SP结构的高阶差分区分器,其中两个为现在此类结构轮数最长的已知密钥区分器.最后,我们将这一技术用于分析LBlock分组密码,得到它15轮的非随机性结果.

一类高阶差分方程亚纯解的性质

利用亚纯函数的Nevanlinna值分布理论的差分模拟,研究了非线性高阶差分方程P1(z)∏n i=1f(z+ci)=P2(z)f(z)n亚纯解的零点、极点收敛指数和增长级,其中n是一个正整数,ci(i=1,…,n)是非零复常数,P1(z)和P2(z)是非零多项式.在给定条件下,得到了这类差分方程亚纯解的增长级的精确估计.

基于高阶差分和网格划分算法的DBSCAN参数自动选取算法

针对DBSCAN算法中的两个参数eps和minPts通常依靠经验选取所带来的不足,提出一种高阶差分和网格划分相结合的快速DBSCAN自动参数选取算法。首先分析数据集中数据点与参数的关系,通过引入高阶差分算法自动获取eps和minPts两个参数;然后利用网格划分对数据集建立网格索引,优化算法的运行效率,最后针对噪声点过多的数据集提出去极化操作,增强算法的鲁棒性。算法应用于flame等九个数据集,分别与传统DBSCAN和AGD-DBSCAN算法选取的参数进行聚类效果和算法运行效率的对比分析。结果表明提出的基于高阶差分自动选取参数算法是一种有效的DBSCAN参数自动选取方法,网格划分显著提升了高阶差分算法的性能,去极化操作必要且有效,具有很好的实用性。

定常对流扩散反应方程的指数型高阶差分格式

提出了一种数值求解一维定常对流扩散反应方程的指数型四阶差分格式.首先,由常数变易法求得模型方程的通解并应用到x_(i-1),x_i,x_(i+1)3点上,得到模型方程的指数型差分格式.然后,利用源项f(x)在点x_i处的二阶泰勒展开,得到定常对流扩散反应方程的指数型四阶差分格式.最后,用数值算例验证了该格式的高阶精度和可靠性.

基于卷积完全匹配层的旋转交错网格高阶差分法模拟弹性波传播

从一阶速度—应力弹性波方程出发,基于旋转交错网格,推导了时间二阶精度空间2M阶精度的有限差分离散格式。阐述了递归卷积复频移完全匹配层(CPML)边界条件的原理,建立了一阶速度—应力弹性波高阶差分CPML边界条件的递推公式。开展了CPML边界中关键参数m、κ和α的选取实验,通过分析反射误差分布图,选取了CPML边界条件中最优参数。全局反射误差与波场快照都说明,CPML较PML对隐失波具有更优的吸收性能。基于Matlab平台,编写了基于CPML边界的旋转交错网格弹性波正演模拟程序,应用该程序对各向异性介质及随机介质进行了模拟,得到了弹性波正演剖面记录及波场快照,通过对正演剖面记录及波场快照的分析,可以更清楚地了解弹性波在各向异性介质及随机介质的传播特性,指导非均匀介质中地震勘探资料解释。

改进的一阶弹性波方程交错网格高阶差分解法

本文对董良国、马在田等人发表在《地球物理学报》上的一阶弹性波方程交错网格高阶差分解法一文进行了差分格式的改进.发现原文对一阶空间导数采用2N阶差分精度,而对高阶导数却采用简单的中心差分,即对同一方程中的各阶导数的处理存在有的采用高阶格式、有的采用低阶格式的不一致性问题,本文的改进点正是消除了这种不一致性,建立了时间和空间均为四阶精度的差分格式.该方法具有编程简便、易于计算机实现和精度较高的特点.

地震反射资料构造成像的高阶差分方法

本文研究了构造与波速成像中波动方程逼近的几种高价差分方法，论证了其计算稳定性条件，分析了频散误差。在差分逼近中引入了自由系数节点，从而提高了计算的稳定性。理论分析表明，在构造与波速成像中采用高阶差分方法，可以减小频散误差、提高计算效率与计算精度、获得满意的效果。

一阶弹性波交错网格时间高阶差分格式及稳定性分析

弹性波模拟或逆时偏移时,对空间偏导数采用高阶差分格式可提高计算精度,但这种算法的稳定性条件过于严格,要求差分离散的时间步长必须足够小以确保算法稳定。在常规空间高阶差分格式的基础上,将速度(应力)对时间的高阶导数转化为不同精度的应力(速度)对空间的差分,得到了一种新的基于交错网格的时间高阶、空间高阶差分格式。通过对交错网格时间高阶差分格式稳定性的分析,认为该算法的稳定性条件较常规算法宽松,在弹性波场的求解过程中可以采用更大的时间步长。

基于高阶差分的type-1广义Feistel-SP结构与Feistel-SPSP结构比较研究

通过对代数次数增加情况的分析,研究了type-1广义Feistel结构下,单SP(substitution-permutation)模型与双SP模型抵抗高阶差分分析的能力。结合高阶积分与高阶差分思想,开发了四路type-1广义Feistel-SP与Feistel-SPSP结构代数次数上界估计的新方法。利用这一方法,分别构造了这2种结构在2种常用参数下的区分器。结果显示,四路type-1广义Feistel结构下,双SP模型抵抗高阶差分攻击的能力不如单SP模型。

一类高阶差分方程正解的存在性

讨论了一类高阶差分方程 Δ2 (rn(Δxn) σ) +f(n,xn) =0 ,n=0 ,1,2 ,…正解的存在性 。