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IDENTIFYING AN UNKNOWN SOURCE IN SPACE-FRACTIONAL DIFFUSION EQUATION 被引量:2
1
作者 杨帆 傅初黎 李晓晓 《Acta Mathematica Scientia》 SCIE CSCD 2014年第4期1012-1024,共13页
In this paper, we identify a space-dependent source for a fractional diffusion equation. This problem is ill-posed, i.e., the solution (if it exists) does not depend continuously on the data. The generalized Tikhono... In this paper, we identify a space-dependent source for a fractional diffusion equation. This problem is ill-posed, i.e., the solution (if it exists) does not depend continuously on the data. The generalized Tikhonov regularization method is proposed to solve this problem. An a priori error estimate between the exact solution and its regularized approximation is obtained. Moreover, an a posteriori parameter choice rule is proposed and a stable error estimate is also obtained, Numerical examples are presented to illustrate the validity and effectiveness of this method. 展开更多
关键词 spatial-dependent heat source space-fractional diffusion equation generalized Tikhonov regularization A posteriori parameter choice error estimate
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Finite Element Method for a Kind of Two-Dimensional Space-Fractional Diffusion Equation with Its Implementation 被引量:1
2
作者 Beiping Duan Zhoushun Zheng Wen Cao 《American Journal of Computational Mathematics》 2015年第2期135-157,共23页
In this article, we consider a two-dimensional symmetric space-fractional diffusion equation in which the space fractional derivatives are defined in Riesz potential sense. The well-posed feature is guaranteed by ener... In this article, we consider a two-dimensional symmetric space-fractional diffusion equation in which the space fractional derivatives are defined in Riesz potential sense. The well-posed feature is guaranteed by energy inequality. To solve the diffusion equation, a fully discrete form is established by employing Crank-Nicolson technique in time and Galerkin finite element method in space. The stability and convergence are proved and the stiffness matrix is given analytically. Three numerical examples are given to confirm our theoretical analysis in which we find that even with the same initial condition, the classical and fractional diffusion equations perform differently but tend to be uniform diffusion at last. 展开更多
关键词 GALERKIN Finite Element Method SYMMETRIC space-fractional diffusion equation Stability Convergence IMPLEMENTATION
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Fractal and Fractional Diffusion Equations of Price Changing of Commodity
3
作者 Tianquan Yun 《Applied Mathematics》 2013年第7期18-22,共5页
In this paper, three types of modeling of diffusion equations for price changing of commodity are studied. In which, the partial derivatives of price of commodity respected to time on the left hand side are integer-de... In this paper, three types of modeling of diffusion equations for price changing of commodity are studied. In which, the partial derivatives of price of commodity respected to time on the left hand side are integer-derivative, fractal derivative, and fractional derivative respectively;while just a second order derivative respected to space is considered on the right hand side. The solutions of these diffusion equations are obtained by method of departing variables and initial boundary conditions, by translation of variables, and by translation of operators. The definitions of order of commodity x and the distance between commodity?xi and xj are defined as [1]. Examples of calculation of price of pork, beef and mutton mainly due to price raising of pork in 2007-07 to 2008-02 inChina are given with same market data as [1]. Conclusion is made. 展开更多
关键词 FRACTAL DERIVATIVE fractional DERIVATIVE Heat diffusion equation: Order of COMMODITY Time-space Exchange
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A second order finite difference-spectral method for space fractional diffusion equations 被引量:4
4
作者 HUANG JianFei NIE NingMing TANG YiFa 《Science China Mathematics》 SCIE 2014年第6期1303-1317,共15页
A high order finite difference-spectral method is derived for solving space fractional diffusion equations,by combining the second order finite difference method in time and the spectral Galerkin method in space.The s... A high order finite difference-spectral method is derived for solving space fractional diffusion equations,by combining the second order finite difference method in time and the spectral Galerkin method in space.The stability and error estimates of the temporal semidiscrete scheme are rigorously discussed,and the convergence order of the proposed method is proved to be O(τ2+Nα-m)in L2-norm,whereτ,N,αand m are the time step size,polynomial degree,fractional derivative index and regularity of the exact solution,respectively.Numerical experiments are carried out to demonstrate the theoretical analysis. 展开更多
关键词 space fractional diffusion equation Crank-Nicolson scheme spectral method STABILITY conver-gence
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An analytical solution of multi-dimensional space fractional diffusion equations with variable coefficients 被引量:1
5
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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Numerical Methods for Semilinear Fractional Diffusion Equations with Time Delay 被引量:1
6
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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Analytical Solutions, Moments, and Their Asymptotic Behaviors for the Time-Space Fractional Cable Equation
7
作者 李灿 邓伟华 《Communications in Theoretical Physics》 SCIE CAS CSCD 2014年第7期54-60,共7页
Following the fractional cable equation established in the letter [B.I. Henry, T.A.M. Langlands, and S.L.Wearne, Phys. Rev. Lett. 100(2008) 128103], we present the time-space fractional cable equation which describes ... Following the fractional cable equation established in the letter [B.I. Henry, T.A.M. Langlands, and S.L.Wearne, Phys. Rev. Lett. 100(2008) 128103], we present the time-space fractional cable equation which describes the anomalous transport of electrodiffusion in nerve cells. The derivation is based on the generalized fractional Ohm's law;and the temporal memory effects and spatial-nonlocality are involved in the time-space fractional model. With the help of integral transform method we derive the analytical solutions expressed by the Green's function; the corresponding fractional moments are calculated; and their asymptotic behaviors are discussed. In addition, the explicit solutions of the considered model with two different external current injections are also presented. 展开更多
关键词 anomalous diffusion time-space fractional CABLE equation Green’s FUNCTION Fox-H FUNCTION
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圆周上时间周期反应扩散方程全局吸引子的存在条件
8
作者 苏婷婷 周盾 邱志鹏 《淮阴师范学院学报(自然科学版)》 CAS 2024年第2期95-99,共5页
针对圆周上时间周期反应扩散方程,给出耗散性假设,证明了该方程存在全局吸引子.首先,建立合适的分数幂空间,应用算子半群的相关理论证明该方程在此分数幂空间中存在全局解.其次,基于全局解定义Poincaré映射,生成离散半流.最终由离... 针对圆周上时间周期反应扩散方程,给出耗散性假设,证明了该方程存在全局吸引子.首先,建立合适的分数幂空间,应用算子半群的相关理论证明该方程在此分数幂空间中存在全局解.其次,基于全局解定义Poincaré映射,生成离散半流.最终由离散半流的紧性和点耗散性得到全局吸引子的存在性. 展开更多
关键词 反应扩散方程 周期系统 全局吸引子 分数幂空间
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时空分数阶扩散偏微分方程的谱方法
9
作者 党明杰 蒋利华 《桂林电子科技大学学报》 2024年第1期98-104,共7页
扩散方程是物理学建模最基本的方程之一。研究时空分数阶扩散偏微分方程的谱方法数值求解,时间方向采用Caputo分数阶导数的L1插值逼近格式,构造了原方程在时间方向上的半离散格式,证明了半离散格式解的存在唯一性和稳定性,并给出了误差... 扩散方程是物理学建模最基本的方程之一。研究时空分数阶扩散偏微分方程的谱方法数值求解,时间方向采用Caputo分数阶导数的L1插值逼近格式,构造了原方程在时间方向上的半离散格式,证明了半离散格式解的存在唯一性和稳定性,并给出了误差分析方面结论的相关证明。在半离散格式的基础上,空间方向采用Legendre谱方法离散得到原方程的全离散格式,进一步证明了此全离散格式的解存在且唯一,而是无条件稳定的,并严格证明了数值解与精确解之间的误差方面的结论。 展开更多
关键词 时空分数阶扩散偏微分方程 谱方法 解的存在唯一性 稳定性 误差分析
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两边空间-时间分数阶扩散方程的加权有限差分格式(英文) 被引量:4
10
作者 马维元 刘华 《华东师范大学学报(自然科学版)》 CAS CSCD 北大核心 2012年第3期41-48,70,共9页
对于空间-时间分数阶扩散方程的初边值问题提出了一种加权差分格式.利用能量估计,得到了差分格式的稳定性.然后使用数学归纳法证明了在相同的条件下,所提出的的格式是收敛的.最后通过一个例子说明了所提出的格式是可靠的、有效的.
关键词 分数阶扩散方程 空间-时间分数阶导数 加权差分格式 收敛性 稳定性
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空间分数阶扩散方程的超线性收敛离散格式 被引量:4
11
作者 章红梅 刘发旺 《厦门大学学报(自然科学版)》 CAS CSCD 北大核心 2007年第4期464-468,共5页
考虑了空间分数阶扩散方程的数值解,构造了一个隐式差分离散格式,证明了此格式是无条件稳定的,且关于空间步长是超线性收敛的.最后,给出一个数值例子说明本文的理论分析是正确的,所构造的离散格式是有效的.
关键词 空间分数阶扩散方程 CAPUTO导数 Riemann-Liouville分数阶导数 积分
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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
12
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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空间分数阶扩散方程的隐式高精度方法 被引量:3
13
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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两边空间分数阶对流-扩散方程的一种加权显式有限差分方法 被引量:3
14
作者 马亮亮 刘冬兵 《四川师范大学学报(自然科学版)》 CAS 北大核心 2016年第1期76-82,共7页
考虑两边空间分数阶对流-扩散方程的初边值问题,基于Grünwald公式和移位Grünwald-Letnikov公式,提出一种加权显式有限差分解法.利用傅里叶变换和特征值法,得到差分格式的稳定性.然后使用最大模估计法证明在相同的条件下,所提... 考虑两边空间分数阶对流-扩散方程的初边值问题,基于Grünwald公式和移位Grünwald-Letnikov公式,提出一种加权显式有限差分解法.利用傅里叶变换和特征值法,得到差分格式的稳定性.然后使用最大模估计法证明在相同的条件下,所提出的差分格式是收敛的.最后通过数值例子说明所提出的差分格式是可靠和有效的,并对方程的数值解与精确解进行比较,验证了文中的理论结果. 展开更多
关键词 分数阶对流-扩散方程 空间分数阶导数 加权差分格式 收敛性 稳定性 有限差分法
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分数阶扩散方程参数反演的改进花朵授粉算法 被引量:3
15
作者 张新明 袁笛 关晨辰 《哈尔滨工业大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2018年第10期151-161,共11页
为解决传统花朵授粉算法容易受到局部极值影响的问题,将共享机制的小生境策略与花朵授粉算法相结合,提出了一种新的小生境花朵授粉算法,并将之应用于空间分数阶扩散方程的参数反演研究,以期为污染物寻源和空气污染防治提供一定的理论依... 为解决传统花朵授粉算法容易受到局部极值影响的问题,将共享机制的小生境策略与花朵授粉算法相结合,提出了一种新的小生境花朵授粉算法,并将之应用于空间分数阶扩散方程的参数反演研究,以期为污染物寻源和空气污染防治提供一定的理论依据.为确保算法的寻优能力及寻优精度,首先,选取20个多模态函数,将算法改进前后的寻优性能进行对比,以验证改进算法的性能;然后,针对污染寻源问题,基于相应的空间分数阶反常扩散方程模型,运用隐式差分格式求解正问题,并采用花朵授粉算法和改进算法反演源项和扩散系数;最后,针对所提出的算法,从种群数、转换概率和搜索区间方面进行了灵敏度分析,并进一步讨论了算法的抗噪性.数值算例结果表明,对于空间分数阶反常扩散方程参数反演问题,改进后的花朵授粉算法反演效果更好,数值精度更高,可以达到理想水平. 展开更多
关键词 空间分数阶扩散方程 隐式差分格式 参数反演 花朵授粉算法 小生境策略
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一类二维空间Riesz分数阶扩散方程的解 被引量:3
16
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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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
17
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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时间-空间分数阶扩散方程 被引量:1
18
作者 朱波 韩宝燕 《江南大学学报(自然科学版)》 CAS 2010年第6期750-752,共3页
讨论了用分数阶Caputo算子c0Dvt和分数阶Riesz算子▽xμ分别替换扩散方程中对时间和空间变量的偏导数后得到的时间-空间分数阶扩散方程定解问题,利用积分变换(Fourier变换、Laplace变换)及其逆变换得到时间-空间分数阶扩散方程的Green函... 讨论了用分数阶Caputo算子c0Dvt和分数阶Riesz算子▽xμ分别替换扩散方程中对时间和空间变量的偏导数后得到的时间-空间分数阶扩散方程定解问题,利用积分变换(Fourier变换、Laplace变换)及其逆变换得到时间-空间分数阶扩散方程的Green函数,并用Green函数得到有源时间-空间分数阶扩散方程Cauchy问题的解。 展开更多
关键词 时间-空间分数阶扩散方程 FOURIER变换 LAPLACE变换 GREEN函数 Mittag-Leffler函数
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一个分数阶扩散方程的定解问题的数值解法
19
作者 池光胜 李功胜 +1 位作者 张芳 张涛 《四川理工学院学报(自然科学版)》 CAS 2013年第5期86-89,共4页
研究了一个扩散系数与空间变量相关的一维空间-时间分数阶扩散方程的定解问题。基于Riemann-Liouville意义下空间导数和Caputo意义下时间导数的离散,提出了一种求解方程的隐式差分格式,验证了这个格式是无条件稳定,并证明了它的收敛性,... 研究了一个扩散系数与空间变量相关的一维空间-时间分数阶扩散方程的定解问题。基于Riemann-Liouville意义下空间导数和Caputo意义下时间导数的离散,提出了一种求解方程的隐式差分格式,验证了这个格式是无条件稳定,并证明了它的收敛性,其收敛的阶为O(τ+h),最后给出了数值例子。 展开更多
关键词 空间-时间分数阶扩散方程 扩散系数与空间变量相关 隐式差分格式 稳定性 收敛性
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两边空间分数阶反常扩散方程的一种有限差分解法 被引量:1
20
作者 马亮亮 刘冬兵 《唐山学院学报》 2014年第6期11-13,共3页
针对两边空间分数阶反常扩散方程的初边值问题提出了一种隐式差分格式。利用Gerschgorin定理得到了差分格式的稳定性,然后利用Lax等价定理证明了在相同条件下差分格式是收敛的,最后通过一个数值例子说明了所提出的差分格式是可靠和有效的。
关键词 反常扩散方程 空间分数阶导数 隐式差分格式 稳定性 收敛性
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