Homotopy Methods for Computing Bifurcations and Multiple Solutions of Nonlinear Partial Differential Equations with Biological Applications

计算非线性偏微分方程的分岔和多重解的同伦方法及其生物学应用

基本信息

  • 批准号:
    1818769
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 10万
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    美国
  • 项目类别:
    Standard Grant
  • 财政年份:
    2018
  • 资助国家:
    美国
  • 起止时间:
    2018-08-01 至 2022-01-31
  • 项目状态:
    已结题

项目摘要

Many mathematical models of natural phenomena, e.g., biology, physics and materials science, involve nonlinear systems of partial differential equations (PDEs). Traditional numerical methods focus on the unique time-marching solution and are very hard to capture these solution structures such as bifurcations, multiple steady states, and the structural stability. This project aims to address these challenges by developing efficient computational methods to explore bifurcations and multiple solutions of nonlinear PDEs.The aim of this project is to develop efficient numerical methods to study the bifurcations and multiple solutions of nonlinear systems of PDEs. Two novel numerical techniques are proposed to study nonlinear systems of PDEs. First, an adaptive homotopy tracking with bifurcation detection algorithm will be designed for computing bifurcation points and bifurcation solution branches based on adaptive tracking, endgame technique, and inflation process. Second, a homotopy method with optimal basis approximation will be developed to compute multiple solutions of nonlinear systems by optimizing the solution basis in order to minimize the size of the discretized polynomial system. Homotopy method will be employed to solve this bootstrapped discretized polynomial system. The project will also focus on demonstrating and verifying efficiency/reliability of these proposed numerical methods on the real biological problems which have attracted extensive mathematical studies since the models were proposed.This award reflects NSF's statutory mission and has been deemed worthy of support through evaluation using the Foundation's intellectual merit and broader impacts review criteria.
许多自然现象的数学模型,如生物学、物理学和材料科学,都涉及到非线性偏微分方程组。传统的数值方法关注的是唯一的时间推进解,很难捕捉到这些解的结构,如分叉、多稳态和结构稳定性。本项目旨在通过开发有效的计算方法来探索非线性偏微分方程组的分叉和多解来解决这些挑战。本项目的目的是发展有效的数值方法来研究非线性偏微分方程组的分叉和多解。提出了两种新的数值方法来研究非线性偏微分方程组。首先,基于自适应跟踪、终局技术和膨胀过程,设计了一种自适应同伦跟踪和分叉检测算法,用于计算分岔点和分叉解分支。其次,为了最小化离散化的多项式系统的规模,通过优化解基,发展了一种具有最优基逼近的同伦方法来计算非线性系统的多个解。用同伦方法求解这个自举离散化的多项式系统。该项目还将专注于展示和验证这些建议的数值方法在真实生物学问题上的效率/可靠性,自模型提出以来,这些方法吸引了广泛的数学研究。该奖项反映了NSF的法定使命,并通过使用基金会的智力优势和更广泛的影响审查标准进行评估,被认为值得支持。

项目成果

期刊论文数量(12)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(0)
Learn bifurcations of nonlinear parametric systems via equation-driven neural networks
通过方程驱动的神经网络学习非线性参数系统的分岔
convergence of a homotopy finite element method for computing steady states of Burgers' equation
用于计算 Burgers 方程稳态的同伦有限元方法的收敛性
A Stochastic Homotopy Tracking Algorithm for Parametric Systems of Nonlinear Equations
非线性方程组参数系统的随机同伦跟踪算法
  • DOI:
    10.1007/s10915-021-01506-y
  • 发表时间:
    2021
  • 期刊:
  • 影响因子:
    2.5
  • 作者:
    Hao, Wenrui;Zheng, Chunyue
  • 通讯作者:
    Zheng, Chunyue
AN EQUATION-BY-EQUATION METHOD FOR SOLVING THE MULTIDIMENSIONAL MOMENT CONSTRAINED MAXIMUM ENTROPY PROBLEM
Calibrations and validations of biological models with an application on the renal fibrosis
肾纤维化生物学模型的校准和验证
{{ item.title }}
{{ item.translation_title }}
  • DOI:
    {{ item.doi }}
  • 发表时间:
    {{ item.publish_year }}
  • 期刊:
  • 影响因子:
    {{ item.factor }}
  • 作者:
    {{ item.authors }}
  • 通讯作者:
    {{ item.author }}

数据更新时间:{{ journalArticles.updateTime }}

{{ item.title }}
  • 作者:
    {{ item.author }}

数据更新时间:{{ monograph.updateTime }}

{{ item.title }}
  • 作者:
    {{ item.author }}

数据更新时间:{{ sciAawards.updateTime }}

{{ item.title }}
  • 作者:
    {{ item.author }}

数据更新时间:{{ conferencePapers.updateTime }}

{{ item.title }}
  • 作者:
    {{ item.author }}

数据更新时间:{{ patent.updateTime }}

Wenrui Hao其他文献

Cell Cycle Control and Bifurcation for a Free Boundary Problem Modeling Tissue Growth
  • DOI:
    10.1007/s10915-012-9678-4
  • 发表时间:
    2013-01-13
  • 期刊:
  • 影响因子:
    3.300
  • 作者:
    Wenrui Hao;Bei Hu;Andrew J. Sommese
  • 通讯作者:
    Andrew J. Sommese
Counting solutions of the Bethe equations of the quantum group invariant open XXZ chain at roots of unity
计算单位根处量子群不变开 XXZ 链 Bethe 方程的解
  • DOI:
  • 发表时间:
    2015
  • 期刊:
  • 影响因子:
    0
  • 作者:
    A. Gainutdinov;Wenrui Hao;Rafael I. Nepomechie;A. Sommese
  • 通讯作者:
    A. Sommese
Importance Analysis of the Aircraft Flap Mechanism Movement Failure
飞机襟翼机构运动故障的重要性分析
  • DOI:
    10.2514/1.c031175
  • 发表时间:
    2011-03
  • 期刊:
  • 影响因子:
    2.2
  • 作者:
    Zhenzhou Lu;Wenrui Hao;Lijie Cui
  • 通讯作者:
    Lijie Cui
A new interpretation and validation of variance based importance measures for models with correlated inputs
对具有相关输入的模型基于方差的重要性度量的新解释和验证
  • DOI:
    10.1016/j.cpc.2013.01.007
  • 发表时间:
    2013-05
  • 期刊:
  • 影响因子:
    6.3
  • 作者:
    Wenrui Hao;Zhenzhou Lu;Luyi Li
  • 通讯作者:
    Luyi Li
Uncertainty importance measure for models with correlated normal variables
具有相关正态变量的模型的不确定性重要性度量

Wenrui Hao的其他文献

{{ item.title }}
{{ item.translation_title }}
  • DOI:
    {{ item.doi }}
  • 发表时间:
    {{ item.publish_year }}
  • 期刊:
  • 影响因子:
    {{ item.factor }}
  • 作者:
    {{ item.authors }}
  • 通讯作者:
    {{ item.author }}

{{ truncateString('Wenrui Hao', 18)}}的其他基金

Collaborative Research: Personalized Modeling of Alzheimer’s Disease
合作研究:阿尔茨海默病的个性化建模
  • 批准号:
    2052685
  • 财政年份:
    2021
  • 资助金额:
    $ 10万
  • 项目类别:
    Standard Grant

相似国自然基金

Computational Methods for Analyzing Toponome Data
  • 批准号:
    60601030
  • 批准年份:
    2006
  • 资助金额:
    17.0 万元
  • 项目类别:
    青年科学基金项目

相似海外基金

REU Site: Research on Computational Methods in High Performance Computing and Their Applications to Computational Sciences
REU 网站:高性能计算中的计算方法及其在计算科学中的应用研究
  • 批准号:
    2348884
  • 财政年份:
    2024
  • 资助金额:
    $ 10万
  • 项目类别:
    Standard Grant
Collaborative Research: FMitF: Track I: Synthesis and Verification of In-Memory Computing Systems using Formal Methods
合作研究:FMitF:第一轨:使用形式方法合成和验证内存计算系统
  • 批准号:
    2319400
  • 财政年份:
    2023
  • 资助金额:
    $ 10万
  • 项目类别:
    Standard Grant
Collaborative Research: FMitF: Track I: Synthesis and Verification of In-Memory Computing Systems using Formal Methods
合作研究:FMitF:第一轨:使用形式方法合成和验证内存计算系统
  • 批准号:
    2319399
  • 财政年份:
    2023
  • 资助金额:
    $ 10万
  • 项目类别:
    Standard Grant
Collaborative Research: FMitF: Track I: Synthesis and Verification of In-Memory Computing Systems using Formal Methods
合作研究:FMitF:第一轨:使用形式方法合成和验证内存计算系统
  • 批准号:
    2404036
  • 财政年份:
    2023
  • 资助金额:
    $ 10万
  • 项目类别:
    Standard Grant
CAREER: Statistical Models and Parallel-computing Methods for Analyzing Sparse and Large Single-cell Chromatin Interaction Datasets
职业:用于分析稀疏和大型单细胞染色质相互作用数据集的统计模型和并行计算方法
  • 批准号:
    2239350
  • 财政年份:
    2023
  • 资助金额:
    $ 10万
  • 项目类别:
    Continuing Grant
A study on methods for evaluating road visibility conditions throughout the day using edge computing
利用边缘计算评估全天道路能见度状况的方法研究
  • 批准号:
    22KJ0072
  • 财政年份:
    2023
  • 资助金额:
    $ 10万
  • 项目类别:
    Grant-in-Aid for JSPS Fellows
Collaborative Research: Inference and Decentralized Computing for Quantile Regression and Other Non-Smooth Methods
合作研究:分位数回归和其他非平滑方法的推理和分散计算
  • 批准号:
    2401268
  • 财政年份:
    2023
  • 资助金额:
    $ 10万
  • 项目类别:
    Standard Grant
Collaborative Research: FMitF: Track I: Synthesis and Verification of In-Memory Computing Systems using Formal Methods
合作研究:FMitF:第一轨:使用形式方法合成和验证内存计算系统
  • 批准号:
    2409796
  • 财政年份:
    2023
  • 资助金额:
    $ 10万
  • 项目类别:
    Standard Grant
Collaborative Research: FMitF: Track I: Synthesis and Verification of In-Memory Computing Systems using Formal Methods
合作研究:FMitF:第一轨:使用形式方法合成和验证内存计算系统
  • 批准号:
    2319401
  • 财政年份:
    2023
  • 资助金额:
    $ 10万
  • 项目类别:
    Standard Grant
Ubiquitous computing tools and methods for supporting the mental, physical and social well-being of people with disabilities
支持残疾人精神、身体和社会福祉的无处不在的计算工具和方法
  • 批准号:
    RGPIN-2021-04268
  • 财政年份:
    2022
  • 资助金额:
    $ 10万
  • 项目类别:
    Discovery Grants Program - Individual
{{ showInfoDetail.title }}

作者:{{ showInfoDetail.author }}

知道了