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Analytical and Numerical Solutions of Riesz Space Fractional Advection-Dispersion Equations with Delay
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作者 Mahdi Saedshoar Heris Mohammad Javidi Bashir Ahmad 《Computer Modeling in Engineering & Sciences》 SCIE EI 2019年第10期249-272,共24页
In this paper,we propose numerical methods for the Riesz space fractional advection-dispersion equations with delay(RFADED).We utilize the fractional backward differential formulas method of second order(FBDF2)and wei... In this paper,we propose numerical methods for the Riesz space fractional advection-dispersion equations with delay(RFADED).We utilize the fractional backward differential formulas method of second order(FBDF2)and weighted shifted Grünwald difference(WSGD)operators to approximate the Riesz fractional derivative and present the finite difference method for the RFADED.Firstly,the FBDF2 and the shifted Grünwald methods are introduced.Secondly,based on the FBDF2 method and the WSGD operators,the finite difference method is applied to the problem.We also show that our numerical schemes are conditionally stable and convergent with the accuracy of O(+h2)and O(2+h2)respectively.Thirdly we find the analytical solution for RFDED in terms Mittag-Leffler type functions.Finally,some numerical examples are given to show the efficacy of the numerical methods and the results are found to be in complete agreement with the analytical solution. 展开更多
关键词 riesz fractional derivative shifted Grünwald difference OPERATORS fractional advection-dispersion equation DELAY differential equations FBDF method
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Finite Di erence Method for Riesz Space Fractional Advection-dispersion Equation with Fractional Robin Boundary Condition
2
作者 LIN Hai-xin FANG Shao-mei 《Chinese Quarterly Journal of Mathematics》 2020年第3期278-289,共12页
In this paper,a Riesz space fractional advection-dispersion equation with fractional Robin boundary condition is considered.By applying the fractional central di erence formula and the weighted and shifted Grunwald-L... In this paper,a Riesz space fractional advection-dispersion equation with fractional Robin boundary condition is considered.By applying the fractional central di erence formula and the weighted and shifted Grunwald-Letnikov formula,we derive a weighted implicit nite difference scheme with accuracy O(△t^2+h^2).The solvability,stability,and convergence of the proposed numerical scheme are proved.A numerical example is presented to confirm the accuracy and efficiency of the scheme. 展开更多
关键词 fractional advection-dispersion equation riesz fractional derivative fractional central difference stability CONVERGENCE
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BANDED M-MATRIX SPLITTING PRECONDITIONER FOR RIESZ SPACE FRACTIONAL REACTION-DISPERSION EQUATION
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作者 Shiping Tang Aili Yang Yujiang Wu 《Journal of Computational Mathematics》 SCIE CSCD 2024年第2期372-389,共18页
Based on the Crank-Nicolson and the weighted and shifted Grunwald operators,we present an implicit difference scheme for the Riesz space fractional reaction-dispersion equations and also analyze the stability and the ... Based on the Crank-Nicolson and the weighted and shifted Grunwald operators,we present an implicit difference scheme for the Riesz space fractional reaction-dispersion equations and also analyze the stability and the convergence of this implicit difference scheme.However,after estimating the condition number of the coefficient matrix of the discretized scheme,we find that this coefficient matrix is ill-conditioned when the spatial mesh-size is sufficiently small.To overcome this deficiency,we further develop an effective banded M-matrix splitting preconditioner for the coefficient matrix.Some properties of this preconditioner together with its preconditioning effect are discussed.Finally,Numerical examples are employed to test the robustness and the effectiveness of the proposed preconditioner. 展开更多
关键词 riesz space fractional equations Toeplitz matrix conjugate gradient method Incomplete Cholesky decomposition Banded M-matrix splitting
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An analytical solution of multi-dimensional space fractional diffusion equations with variable coefficients 被引量:1
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作者 Pratibha Verma Manoj Kumar 《International Journal of Modeling, Simulation, and Scientific Computing》 EI 2021年第1期229-255,共27页
In this paper,we have considered the multi-dimensional space fractional diffusion equations with variable coefficients.The fractional operators(derivative/integral)are used based on the Caputo definition.This study pr... In this paper,we have considered the multi-dimensional space fractional diffusion equations with variable coefficients.The fractional operators(derivative/integral)are used based on the Caputo definition.This study provides an analytical approach to determine the analytical solution of the considered problems with the help of the two-step Adomian decomposition method(TSADM).Moreover,new results have been obtained for the existence and uniqueness of a solution by using the Banach contraction principle and a fixed point theorem.We have extended the dimension of the space fractional diffusion equations with variable coefficients into multi-dimensions.Finally,the generalized problems with two different types of the forcing term have been included demonstrating the applicability and high efficiency of the TSADM in comparison to other existing numerical methods.The diffusion coefficients do not require to satisfy any certain conditions/restrictions for using the TSADM.There are no restrictions imposed on the problems for diffusion coefficients,and a similar procedures of the TSADM has followed to the obtained analytical solution for the multi-dimensional space fractional diffusion equations with variable coefficients. 展开更多
关键词 Caputo fractional operators space fractional diffusion equations riesz derivative two-step Adomian decomposition method fixed point theorem
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一类n维空间Riesz分数阶扩散方程的解析解 被引量:4
5
作者 马亮亮 刘冬兵 《合肥工业大学学报(自然科学版)》 CAS CSCD 北大核心 2014年第4期506-509,共4页
文章讨论了n维空间Riesz分数阶扩散方程的解,用特征函数幂级数形式定义了n维分数阶拉普拉斯算子,并给出了分数阶拉普拉斯算子与Riesz分数阶导数之间的关系,最后用谱表示法导出了n维空间Riesz分数阶扩散方程在齐次和非齐次情况下,在有界... 文章讨论了n维空间Riesz分数阶扩散方程的解,用特征函数幂级数形式定义了n维分数阶拉普拉斯算子,并给出了分数阶拉普拉斯算子与Riesz分数阶导数之间的关系,最后用谱表示法导出了n维空间Riesz分数阶扩散方程在齐次和非齐次情况下,在有界区域上满足一定初边值条件的基本解。 展开更多
关键词 riesz分数阶导数 空间分数阶扩散方程 Riemann-Liouville分数阶导数 解析解
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Riesz空间分数阶对流扩散方程的一种计算有效求解方法 被引量:2
6
作者 沈淑君 刘发旺 《厦门大学学报(自然科学版)》 CAS CSCD 北大核心 2008年第1期20-24,共5页
Riesz空间分数阶对流扩散方程是从混沌动力系统导出的.继续Ilic,Liu等的工作,我们提出在有界区域内求解Riesz空间分数阶对流-扩散方程的一种新的计算有效方法.即基于这两个Riesz空间分数阶导数的矩阵表示.这个方法的创新在于这个算子的... Riesz空间分数阶对流扩散方程是从混沌动力系统导出的.继续Ilic,Liu等的工作,我们提出在有界区域内求解Riesz空间分数阶对流-扩散方程的一种新的计算有效方法.即基于这两个Riesz空间分数阶导数的矩阵表示.这个方法的创新在于这个算子的标准离散得到包含具有相同分数次幂的矩阵的一个常微分方程组,并利用计算有效的分数阶行方法求解.同时借助于分数阶导数的谱表示和拉普拉斯变换,导出这个Riesz空间分数阶对流扩散方程的解析解.最后给出了数值例子来证实数值方法的有效性. 展开更多
关键词 riesz空间分数阶导数 矩阵转换技巧 拉普拉斯变换 对流一扩散方程 行方法
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一类Riesz空间分数阶时滞扩散微分方程的隐-显差分格式 被引量:2
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作者 杨水平 刘红良 《湘潭大学自然科学学报》 CAS 2018年第1期27-30,共4页
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,... 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. 展开更多
关键词 含有非线性时滞项的riesz空间分数阶扩散微分方程 隐-显差分格式 收敛性 稳定性 外推方法
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一类二维空间Riesz分数阶扩散方程的解 被引量:3
8
作者 王学彬 《宁夏大学学报(自然科学版)》 CAS 北大核心 2011年第3期222-225,共4页
讨论一类二维空间Riesz分数阶扩散方程的解,分别给出齐次和非齐次情况下该类方程在有界区间上满足一定初边值条件的解析解.
关键词 riesz分数阶导数 空间分数阶扩散方程 初边值条件
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Numerical Methods for Semilinear Fractional Diffusion Equations with Time Delay 被引量:1
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作者 Shuiping Yang Yubin Liu +1 位作者 Hongyu Liu Chao Wang 《Advances in Applied Mathematics and Mechanics》 SCIE 2022年第1期56-78,共23页
In this paper,we consider the numerical solutions of the semilinear Riesz space-fractional diffusion equations(RSFDEs)with time delay,which constitute an important class of differential equations of practical signific... In this paper,we consider the numerical solutions of the semilinear Riesz space-fractional diffusion equations(RSFDEs)with time delay,which constitute an important class of differential equations of practical significance.We develop a novel implicit alternating direction method that can effectively and efficiently tackle the RSFDEs in both two and three dimensions.The numerical method is proved to be uniquely solvable,stable and convergent with second order accuracy in both space and time.Numerical results are presented to verify the accuracy and efficiency of the proposed numerical scheme. 展开更多
关键词 Semilinear riesz space fractional diffusion equations with time delay implicit alternating direction method stability and convergence
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Riesz空间分数阶非线性sine-Gordon方程新的保能量格式
10
作者 刘莹 孙建强 《山东科技大学学报(自然科学版)》 CAS 北大核心 2020年第6期102-108,共7页
首先利用傅里叶拟谱方法对Riesz空间分数阶导数离散近似,再利用Boole离散线积分方法结合高阶平均向量场方法构造出Riesz空间分数阶非线性sine-Gordon方程新的保能量格式。最后利用新格式数值模拟不同初值条件下Riesz空间分数阶非线性sin... 首先利用傅里叶拟谱方法对Riesz空间分数阶导数离散近似,再利用Boole离散线积分方法结合高阶平均向量场方法构造出Riesz空间分数阶非线性sine-Gordon方程新的保能量格式。最后利用新格式数值模拟不同初值条件下Riesz空间分数阶非线性sine-Gordon方程孤立波的演化行为。数值实验验证了新格式的有效性和精确性。 展开更多
关键词 高阶平均向量场方法 Boole离散线积分法 riesz空间分数阶非线性sine-Gordon方程 傅里叶拟谱方法 riesz空间分数阶导数
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Riesz空间分数阶Klein-Gordon-Zakharov方程的保能量格式
11
作者 刘莹 孙建强 孔嘉萌 《山东科技大学学报(自然科学版)》 CAS 北大核心 2022年第6期104-109,共6页
首先利用傅里叶拟谱方法对Riesz空间分数阶导数离散近似,然后利用二阶平均向量场方法构造出Riesz空间分数阶非线性Klein-Gordon-Zakharov方程新的保能量格式,最后利用新的平均向量场格式数值模拟方程孤立波的演化行为。数值模拟结果表明... 首先利用傅里叶拟谱方法对Riesz空间分数阶导数离散近似,然后利用二阶平均向量场方法构造出Riesz空间分数阶非线性Klein-Gordon-Zakharov方程新的保能量格式,最后利用新的平均向量场格式数值模拟方程孤立波的演化行为。数值模拟结果表明,Riesz空间分数阶非线性Klein-Gordon-Zakharov方程的新格式可以精确地保持方程的能量守恒特性。 展开更多
关键词 平均向量场方法 Klein-Gordon-Zakharov方程 傅里叶拟谱方法 riesz空间分数阶导数
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Riesz空间分数阶非线性薛定谔方程的一种高效解法
12
作者 唐娇 王晚生 《湖南理工学院学报(自然科学版)》 CAS 2019年第1期13-19,共7页
现实生活中的很多物理现象只有将分数阶微积分同量子力学结合起来才能得到准确的表述,因此对薛定谔方程的研究也从整数阶扩充到了分数阶.本文利用时间分裂谱方法离散求解半经典体系中的Riesz空间分数阶非线性薛定谔方程.对该数值方法进... 现实生活中的很多物理现象只有将分数阶微积分同量子力学结合起来才能得到准确的表述,因此对薛定谔方程的研究也从整数阶扩充到了分数阶.本文利用时间分裂谱方法离散求解半经典体系中的Riesz空间分数阶非线性薛定谔方程.对该数值方法进行了稳定性分析和色散分析,并将不同网格下求得的数值解进行了对比.结果表明时间分裂谱方法具有高精度近似和无条件稳定性. 展开更多
关键词 riesz空间分数阶薛定谔方程 傅里叶积分算子 时间分裂傅里叶谱方法 riesz分数阶 色散分析
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Riesz空间分数阶对流-扩散方程的一种新型Crank-Nicolson有限体积法
13
作者 屈威 王庆勇 《应用数学学报》 CSCD 北大核心 2024年第3期402-416,共15页
分数阶微分方程作为整数阶微分方程的推广,近年来被广泛应用于科学和工程领域,从而受到越来越多学者的关注.本文提出一种新型Crank-Nicolson有限体积方法求解具有Dirichlet齐次边界的Riesz空间分数阶对流-扩散方程.为了得到Riesz空间分... 分数阶微分方程作为整数阶微分方程的推广,近年来被广泛应用于科学和工程领域,从而受到越来越多学者的关注.本文提出一种新型Crank-Nicolson有限体积方法求解具有Dirichlet齐次边界的Riesz空间分数阶对流-扩散方程.为了得到Riesz空间分数阶对流-扩散方程的离散格式,在时间层上,利用Crank-Nicolson方法对一阶时间偏导数进行离散.在空间层上,利用有限体积法近似对流项的一阶空间偏导数和扩散项的Riesz空间分数阶偏导数.更进一步,我们也得到了该Crank-Nicolson有限体积离散格式的稳定性和收敛性两个主要理论结果.证明了该离散格式是无条件稳定的,以及在离散L2-范数下的收敛阶为O(h2+τ2),其中h和τ分别为空间和时间上的步长.最后,通过数值试验验证了该离散格式理论结果的正确性. 展开更多
关键词 riesz空间分数阶对流-扩散方程 Crank-Nicolson方法 有限体积法 无条件稳定性 收敛性 离散L2-范数
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空间分数阶扩散方程的隐式高精度方法 被引量:3
14
作者 蔡新 刘发旺 《厦门大学学报(自然科学版)》 CAS CSCD 北大核心 2007年第3期317-321,共5页
在有限区域内考虑具有初边值问题的Riesz空间分数阶扩散方程,传统扩散方程中的二阶空间导数由Riesz分数阶导数α(1<α≤2)代替就得到Riesz空间分数阶扩散方程.我们提出一个在时间和空间都具有二阶精度的隐式方法,这个方法基于古典的C... 在有限区域内考虑具有初边值问题的Riesz空间分数阶扩散方程,传统扩散方程中的二阶空间导数由Riesz分数阶导数α(1<α≤2)代替就得到Riesz空间分数阶扩散方程.我们提出一个在时间和空间都具有二阶精度的隐式方法,这个方法基于古典的Crank-Nicholson方法与空间外推方法,该隐式方法是无条件稳定和收敛的.最后给出一些数值例子来证实格式是高阶收敛的,此技巧可应用于解其它分数阶微分方程. 展开更多
关键词 空间分数阶扩散方程 隐式方法 二阶精度 稳定性 收敛性
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离散Riesz空间分数阶对流-扩散方程中线性方程组的τ矩阵预处理方法
15
作者 唐世平 黄玉梅 《计算数学》 CSCD 北大核心 2023年第4期483-496,共14页
在Riesz空间分数阶对流-扩散方程的数值求解中,通过采用加权移位的Grünwald差分格式对其空间导数进行离散以及Crank-Nicolson格式对其时间导数进行离散,得到一个系数矩阵为单位矩阵与两个对称正定Toeplitz矩阵之和的线性方程组.在... 在Riesz空间分数阶对流-扩散方程的数值求解中,通过采用加权移位的Grünwald差分格式对其空间导数进行离散以及Crank-Nicolson格式对其时间导数进行离散,得到一个系数矩阵为单位矩阵与两个对称正定Toeplitz矩阵之和的线性方程组.在本文中,对该线性方程组,利用其系数矩阵的结构,提出了一种τ预处理矩阵,并采用预处理共轭梯度法求解了该线性方程组.理论分析给出了预处理后系数矩阵的谱分布以及条件数估计.数值实验结果也说明了所构造的预处理矩阵在采用预处理共轭梯度法求解Riesz空间分数阶对流-扩散方程离散后得到的线性方程组的有效性. 展开更多
关键词 riesz空间分数阶对流-扩散方程 Crank-Nicolson有限差分格式 条件数 τ预处理矩阵 谱分析
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二维、三维空间Riesz分数阶扩散方程的基本解(英文) 被引量:5
16
作者 王学彬 《山东大学学报(理学版)》 CAS CSCD 北大核心 2011年第8期23-30,37,共9页
讨论二维、三维空间Riesz分数阶扩散方程的解,用特征函数幂级数形式定义二维、三维分数阶拉普拉斯算子,并给出分数阶拉普拉斯算子与Riesz分数阶导数的关系。最后用谱表示法导出二维、三维空间Riesz分数阶扩散方程在齐次和非齐次情况下... 讨论二维、三维空间Riesz分数阶扩散方程的解,用特征函数幂级数形式定义二维、三维分数阶拉普拉斯算子,并给出分数阶拉普拉斯算子与Riesz分数阶导数的关系。最后用谱表示法导出二维、三维空间Riesz分数阶扩散方程在齐次和非齐次情况下的在有界区间上满足一定初边值条件的基本解。 展开更多
关键词 riesz分数阶导数 空间分数阶扩散方程 Rimann-Liouville分数阶导数
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非线性空间分数阶Ginzburg-Landau方程的隐显型差分格式
17
作者 王鹏德 黄乘明 《中国科学:数学》 CSCD 北大核心 2020年第10期1505-1524,共20页
本文对带Riesz分数阶导数的非线性空间分数阶Ginzburg-Landau方程引入一类二阶带权隐显型差分格式.该类格式在时间上对方程中的线性项采用隐式离散并对非线性项采用显式离散,同时在空间上采用四阶拟紧差分格式逼近Riesz分数阶导数.通过... 本文对带Riesz分数阶导数的非线性空间分数阶Ginzburg-Landau方程引入一类二阶带权隐显型差分格式.该类格式在时间上对方程中的线性项采用隐式离散并对非线性项采用显式离散,同时在空间上采用四阶拟紧差分格式逼近Riesz分数阶导数.通过引入并调节权因子θ∈[1/2,1],可获得不同的隐显型格式,该类格式在每一时间步仅需求解一个系数矩阵与时间层无关的线性方程组.本文利用离散能量方法和G稳定性思想证明格式在lh2范数、Hhα/2半范数和lh∞范数意义下的无条件收敛性,且该证明对所有θ∈[1/2,1]一致成立.最后在数值测试中验证格式的数值精度,并比较当θ取不同值时所得格式在有限时间和长时间数值仿真中的有效性. 展开更多
关键词 空间分数阶Ginzburg-Landau方程 riesz分数阶导数 隐显型方法 紧差分格式 逐点误差估计
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