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径向基函数多尺度配点算法研究

批准号:
12061057
项目类别:
地区科学基金项目
资助金额:
33.0 万元
负责人:
刘智永
依托单位:
学科分类:
算法基础理论与构造方法
结题年份:
2024
批准年份:
2020
项目状态:
已结题
项目参与者:
刘智永

项目摘要

结项摘要

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中文摘要
径向基函数配点方法在实际数值计算中具有精度高、不受问题维数限制等优势,但往往带来高度病态的离散代数系统。为了处理该离散方法中逼近精度与数值稳定性之间的矛盾(即trade-off principle),本研究将提出一类多尺度配点算法。类似于有限元空间的多水平分裂,我们将分裂再生核Hilbert空间(即径向基函数的本性空间),从而得到一族嵌套的等级径向基函数空间。将其用于散乱数据插值时,全局试探空间上的插值误差将被给出,而且研究将给出等级径向基函数离散矩阵的条件数;将其用于求解适定的线性与非线性椭圆偏微分方程时,研究将给出强配点方法的稳定性条件,以及Sobolev模下的误差估计。该研究将加速径向基函数无网格离散系统的代数求解,从而提升用径向基函数数值求解偏微分方程的计算效率。该研究也将为后续研究无网格局部Petrov-Galerkin方法的收敛性以及发展稠密矩阵迭代技术等提供重要理论基础。
英文摘要
Radial basis functions collocation methods allow the easy construction of approximation spaces in arbitrary dimensions with highly accurate solutions. But unfortunately, we are facing severely ill-conditioned algebraic systems when using radial basis functions approximation. To deal with the contradiction between approximation accuracy and numerical stability (or briefly, trade-off principle), the research will derive a class of multiscale collocation algorithms. Similar to multilevel splitting of finite element spaces, we will obtain a nested hierarchical radial basis functions spaces by splitting the reproducing kernel Hilbert spaces (native spaces of radial basis functions). The interpolation errors in the global trial spaces will be given and the condition numbers of the discrete matrices produced by hierarchical radial basis functions discretization will be estimated, when solving scattered data interpolation problems by the newly-developed functions spaces. The research will provide the stability conditions and the error estimates under Sobolev norms of the strongly collocation methods , when solving linear and nonlinear elliptic partial differential equations by the same trial spaces. The research will speed up the solution of discrete system produced by the radial basis functions meshfree methods, thereby enhance the computational efficiency for solving partial differential equations by radial basis functions. The research also will provide the future works including the convergence analysis of meshfree local Petrov-Galerkin method and the iterative techniques of dense matrices with the important theoretical foundation.
径向基函数无网格方法是当前数值求解偏微分方程的重要方法之一,该方法不仅避免了求解区域中网格生成带来的巨大工作量,而且能方便适用于高维问题的求解。本项目主要针对径向基函数无网格方法的数学理论及其应用开展了深入研究。在三个研究内容上取得了重要进展:一是建立了再生核Hilbert空间理论以及对径向基函数试探空间分裂算法开展了研究;二是证明了线性和拟线性偏微分方程的配点方法的收敛性,给出了算法的稳定性,进一步给出了算法在Sobolev空间中的0模误差估计;三是研究了径向基函数多尺度配点算法的理论,并将该方法用于复杂流体力学方程组的数值求解,取得了成功。本项目所研究的方法也可用于其他领域,包括点云处理、几何建模、以及仿真、医学成像、人脸识别等。本项目所获得的研究成果将加速径向基函数无网格离散系统的代数求解,从而提升用径向基函数数值求解偏微分方程的计算效率;也将为后续研究无网格局部Petrov-Galerkin方法的收敛性、发展稠密矩阵迭代技术、构造并行快速多尺度算法、以及构造求解时间依赖偏微分方程的数值方法等提供重要理论基础。
基于径向基函数无网格离散的快速多水平算法
  • 批准号:
    11501313
  • 项目类别:
    青年科学基金项目
  • 资助金额:
    18.0万元
  • 批准年份:
    2015
  • 负责人:
    刘智永
  • 依托单位:
国内基金
海外基金