非局部Schrödinger方程的高效守恒算法

结题报告
项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    11501447
  • 项目类别:
    青年科学基金项目
  • 资助金额:
    18.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    A0504.微分方程数值解
  • 结题年份:
    2018
  • 批准年份:
    2015
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2016-01-01 至2018-12-31

项目摘要

In recent years, the non-local differential equations have made rapid progress, and is widely used in such as the anomalous diffusion and rheology. Recently, significant progress appears also in both mathematical analysis and physics applications of non-local Schrödinger equations obtained form the path integral over Levy- process, but there are still very few effective numerical methods. This project studies the efficient conservation numerical methods for a class of non-local Schrödinger equations. Specifically, we consider three problems: 1.For the space semi-discrete non-local Schrödinger initial value problems, we consider the IMEX Runge-Kutta time discretization methods, and such the schemes can conserve the discrete mass and energy, and prove their convergence and stability; 2. We will construct new basis functions which are suitable for the Riesz non-local operator, and use the new basis functions to design the mass-preserving high precision spectral methods for non-local Schrödinger equations; 3. We construct high-order approximate artificial boundary conditions for the non-local Schrödinger equations by the Green functions such that the computational domain and computational complexity can be effectively reduced. The project aims to develop the theory of numerical methods of non-local differential equations and to provide efficient conservation algorithms for the non-local quantum mechanical equations. By numerical calculation and analysis of algorithms, we will reveal the difference between the non-local differential equations and the classical equations, and find out the advantages of non-local equations in the characterization of complex systems.
近年来, 非局部微分方程的研究快速发展, 已获广泛应用, 如反常扩散与流变力学. 最近, 通过对Levy过程路径积分而获得的非局部薛定谔方程在数学分析和物理应用方面都取得了重要进展, 但高效数值方法还很少. 本项目研究非局部薛定谔方程的高效守恒算法. 具体研究三个问题:1. 对于非局部薛定谔方程的空间半离散初值问题, 研究显隐RK时间离散方法, 使得格式能够保持离散质量和能量, 分析算法的稳定性和收敛性. 2. 构造适合非局部Riesz算子的基函数,并以此为基础构造非局部薛定谔方程保质量的空间高精度谱方法. 3. 利用格林函数构造非局部薛定谔方程数值方法的高精度人工边界条件,从而有效的降低计算复杂性和存贮量. 本项目旨在发展非局部方程数值方法的相关理论和为非局部量子力学方程提供高效守恒算法. 通过数值计算和算法分析, 揭示非局部方程和经典方程的差异, 找出非局部方程在刻画复杂系统时的优势.

结项摘要

本项目主要研究具有空间分数阶Laplacian算子的薛定谔方程的高效快速算法。我们主要研究了该方程的时间Strong分裂谱方法,并且严格证明了算法的时间方向的二阶收敛性。我们构造了守恒型差分格式的快速迭代算法,包括HSS快速迭代,PIHSS快速迭代,Krylov子空间方法等,大大提高了计算效率。同时,研究了带有非线性源项的反常扩散方程的二阶BDF方法,证明了算法的收敛性;证明了一类半线性反常扩散方程的耗散性,构造了满足耗散性的数值方法。目前已经发表SCI论文六篇,投稿SCI论文两篇。

项目成果

期刊论文数量(4)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(0)
On structure preserving and circulant preconditioners for the space fractional coupled nonlinear Schrodinger equations
空间分数耦合非线性薛定谔方程的结构保持和循环预处理器
  • DOI:
    10.1002/nla.2159
  • 发表时间:
    2018
  • 期刊:
    Numerical Linear Algebra with Applications
  • 影响因子:
    4.3
  • 作者:
    Wang Jun-Gang;Ran Yu-Hong;Wang Dong-Ling
  • 通讯作者:
    Wang Dong-Ling
Dissipativity of semilinear time fractional subdiffusion equations and numerical approximations
半线性时间分数次扩散方程的耗散性和数值近似
  • DOI:
    10.1016/j.aml.2018.07.006
  • 发表时间:
    2018-12
  • 期刊:
    Applied Mathematics Letters
  • 影响因子:
    3.7
  • 作者:
    Chen Bianru;Guo Zhenhua;Wang Dongling
  • 通讯作者:
    Wang Dongling
Improved efficient difference method for the modified anomalous sub-diffusion equation with a nonlinear source term
含非线性源项的修正反常子扩散方程的改进高效差分法
  • DOI:
    10.1080/00207160.2016.1148814
  • 发表时间:
    2017-04
  • 期刊:
    International Journal of Computer Mathematics
  • 影响因子:
    1.8
  • 作者:
    Li Yunfei;Wang Dongling
  • 通讯作者:
    Wang Dongling
On Preconditioners Based on HSS for the Space Fractional CNLS Equations
基于HSS的空间分数阶CNLS方程预条件子研究
  • DOI:
    10.4208/eajam.190716.051116b
  • 发表时间:
    2017-02
  • 期刊:
    East Asian Journal on Applied Mathematics
  • 影响因子:
    1.2
  • 作者:
    Ran Yu Hong;Wang Jun Gang;Wang Dong Ling
  • 通讯作者:
    Wang Dong Ling

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其他文献

Fractional variational integrators for fractional variational problems
用于分数变分问题的分数变分积分器
  • DOI:
    10.1016/j.cnsns.2011.06.028
  • 发表时间:
    2012-02
  • 期刊:
    Communications in Nonlinear Science & Numerical Simulation
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    王冬岭;肖爱国
  • 通讯作者:
    肖爱国
分数阶系统的耗散性和收缩性
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2015
  • 期刊:
    Nonlinear Dynamics
  • 影响因子:
    5.6
  • 作者:
    王冬岭;肖爱国
  • 通讯作者:
    肖爱国
空间分数阶Schrödinger方程调制不稳定性的数值研究
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2019
  • 期刊:
    纯粹数学与应用数学
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    李文斌;王冬岭
  • 通讯作者:
    王冬岭
二阶刚性微分方程单调隐式Runge-Kutta-Nystrom方法的R-稳定性和相延迟性
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    --
  • 期刊:
    高等学校计算数学学报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    王冬岭;朱刚;肖爱国
  • 通讯作者:
    肖爱国
分数阶泛函微分方程的耗散性和稳定性分析
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2015
  • 期刊:
    Fractional Calculus and Applied Analysis
  • 影响因子:
    3
  • 作者:
    王冬岭;肖爱国;刘红良
  • 通讯作者:
    刘红良

其他文献

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王冬岭的其他基金

非线性时间分数阶方程的长时间稳定的数值方法
  • 批准号:
    11871057
  • 批准年份:
    2018
  • 资助金额:
    52.0 万元
  • 项目类别:
    面上项目
空间分数阶Schrödinger方程的时间分裂谱方法
  • 批准号:
    11426178
  • 批准年份:
    2014
  • 资助金额:
    3.0 万元
  • 项目类别:
    数学天元基金项目

相似国自然基金

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课题项目:调控A型流感病毒诱导IFN-β表达的机制研究

AI项目摘要:

本研究聚焦于TRIM2蛋白在A型流感病毒诱导的IFN-β表达中的调控机制。A型流感病毒是全球性健康问题,其感染可导致严重的呼吸道疾病。IFN-β作为关键的抗病毒因子,其表达水平对抗病毒防御至关重要。然而,TRIM2如何调控IFN-β的表达尚未明确。本研究假设TRIM2通过与病毒RNA或宿主因子相互作用,影响IFN-β的产生。我们将采用分子生物学、细胞生物学和免疫学方法,探索TRIM2与A型流感病毒诱导IFN-β表达的关系。预期结果将揭示TRIM2在抗病毒免疫反应中的作用,为开发新的抗病毒策略提供理论基础。该研究对理解宿主抗病毒机制具有重要科学意义,并可能对临床治疗流感病毒感染提供新的视角。

AI项目思路:

科学问题:TRIM2如何调控A型流感病毒诱导的IFN-β表达?
前期研究:已有研究表明TRIM2参与抗病毒反应,但其具体机制尚不明确。
研究创新点:本研究将深入探讨TRIM2在IFN-β表达中的直接作用机制。
技术路线:包括病毒学、分子生物学、细胞培养和免疫检测技术。
关键技术:TRIM2与病毒RNA的相互作用分析,IFN-β启动子活性检测。
实验模型:使用A型流感病毒感染的细胞模型进行研究。

AI技术路线图

        graph TD
          A[研究起始] --> B[文献回顾与假设提出]
          B --> C[实验设计与方法学准备]
          C --> D[A型流感病毒感染模型建立]
          D --> E[TRIM2与病毒RNA相互作用分析]
          E --> F[TRIM2对IFN-β启动子活性的影响]
          F --> G[IFN-β表达水平测定]
          G --> H[TRIM2功能丧失与获得研究]
          H --> I[数据收集与分析]
          I --> J[结果解释与科学验证]
          J --> K[研究结论与未来方向]
          K --> L[研究结束]
      
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