几类记忆型微分方程初值问题的数值方法
批准号:
12071403
项目类别:
面上项目
资助金额:
52.0 万元
负责人:
肖爱国
依托单位:
学科分类:
微分方程数值解的基础理论与方法
结题年份:
2024
批准年份:
2020
项目状态:
已结题
项目参与者:
肖爱国
中文摘要
许多现象和事物的发展过程具有记忆性,常用记忆型微分方程描述。时间分数阶Hamilton系统、分数阶噪声驱动的过阻尼广义Langevin方程、时滞Hamilton系统是三类有重要应用背景的记忆型微分方程,其中,前二类属时间非局部微分方程,具有长时间历史记忆性,而第一、三类具有守恒量及能量耗散性、对称性、稳定性等结构特性。目前,时空非局部微分方程的建模、理论、计算及应用已成为研究热点,但此三类方程数值方法的研究很有限,甚至是空白。. 本项目针对此三类记忆型微分方程初值问题,克服时间非局部性、弱奇异性、时滞、分数阶噪声等复杂因素带来的实质困难,解决在理论分析、算法构造和算法分析中所遇到的一些关键问题,进一步了解方程的结构特性,发展高效数值方法与保结构算法,建立相应算法理论,并拓广到一些相关问题计算;由此深化和拓展记忆型微分方程数值方法领域的研究,为相关应用领域提供帮助。
英文摘要
The development process of many phenomena and things has memory, which can be described by differential equations with memory. Time-fractional Hamilton and Birkhoff systems, fractional noise-driven over-damped generalized Langevin equations and delay Hamilton systems are three kinds of memory differential equations with important application background. Among them, the first two kinds of equations belong to time nonlocal differential equations with the property of long-term historical memory, while the first, third kinds of equations are of some structural characteristics such as the conservation quantity and energy dissipation, symmetry and stability. At present, for time or space nonlocal differential equations, their modeling, theory, computation and application have become the research hotspot, but the research work on numerical methods of the three kinds of equations is limited or even blank. ..For the three types of initial value problems of differential equation with memory, this project will overcome the essence difficulties caused by some complex factors such as non-locality, weak singularity, delay and fractional noise etc., solve some key problems encountered in theoretical analysis, algorithm construction and algorithm analysis, further understand the structural characteristics of these equations, develop efficient numerical methods and the structure-preserving algorithms, establish the corresponding algorithm theory, and outreach these work to some related problems. Our work can deepen and expand the researches into numerical methods for differential equation with memory and provide some helps for related applications.
许多现象和事物的发展过程具有记忆性,常用记忆型微分方程描述,深入研究其理论和数值方法具有重要的科学意义和广泛的应用前景。项目主要研究了几类记忆型微分方程及相关问题的理论、数值分析及高效算法,获许多有意义的理论和数值方法上的新结果及高效算法,主要包括:. 1)建立了分数噪声驱动的过阻尼广义Langevin方程在线性情形时EM方法的均方收敛速度,解决了文献的一重要遗留问题。2)发展了带奇异核、Hölder连续核的卷积型随机Volterra积分方程的快速θ-Maruyama格式,建立了线性均方稳定性及局部Lipschitz条件下的强收敛理论。3)建立了带Abel型弱奇异核的随机分数阶积微分方程局部Lipschitz下的适定性和EM方法的强收敛性,以及RL分数阶布朗运动驱动的随机Volterra积微分方程、带ML核的奇异随机Volterra积分方程、非线性变阶分数阶随机微分方程的适定性及算法的强收敛理论。4)发展了二阶时滞Hamilton系统及二阶常延迟微分方程的高阶方法,它保持二阶时滞Hamilton系统周期轨道;还提出二阶非线性时滞微分-代数方程和二阶时滞约束Hamilton系统的扩展块广义Störmer-Cowell方法。5)建立了分数阶Volterra泛函微分方程平均L1方法的耗散性及代数收缩性、常时滞线性时间分数阶扩散方程解的适定性和正则性及新时间非均匀网格上L1方法的稳定性和误差理论、可变扩散系数的空间分数阶扩散方程的适定性及CN Fourier拟谱方法的收敛性。6)发展了时间分数阶抛物型微分方程时间离散L1格式基于重构的后验误差估计、带非光滑数据的高维时间分数扩散方程基于修正时空稀疏网格的高效方法、时空分布阶反应扩散方程一般非一致网格上的快速Alikhanov算法、带Robin分数阶导数边界条件的时空分数阶扩散方程非一致网格上的快速数值格式,建立了相应算法理论。7)提出了随机微分方程新的强收敛阶为1的保正Milstein方法、刚性随机微分方程的1/2阶强收敛的显式驯服RKC方法。. 项目成果丰富和发展了记忆型微分方程的算法理论及高效算法,可为相关科学工程计算及大规模实时数字仿真服务。部分成果获湖南省优秀博硕士论文奖等。
带弱奇异核的随机Volterra积分方程的数值方法
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批准号:12471391
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项目类别:面上项目
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资助金额:44.00万元
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批准年份:2024
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负责人:肖爱国
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依托单位:
几类非局部微分方程的高效保结构算法
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批准号:11671343
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项目类别:面上项目
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资助金额:48.0万元
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批准年份:2016
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负责人:肖爱国
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依托单位:
几类多时间尺度微分方程系统的组合方法
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批准号:11271311
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项目类别:面上项目
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资助金额:68.0万元
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批准年份:2012
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负责人:肖爱国
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依托单位:
时滞与振荡奇异摄动初值问题的数值分析及高效算法
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批准号:10971175
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项目类别:面上项目
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资助金额:28.0万元
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批准年份:2009
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负责人:肖爱国
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依托单位:
奇异摄动初值问题数值方法理论及高效算法
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批准号:10571147
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项目类别:面上项目
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资助金额:25.0万元
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批准年份:2005
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负责人:肖爱国
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依托单位:
国内基金
海外基金