多维非局部Fokker-Planck方程的一种守恒,自由能耗散和保持正性的有限差分格式

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本文发展并分析了多维非局部Fokker-Planck(FP)方程的一类守恒、能量耗散和保持正性的有限差分方法.基于非对数Landau变换,提出了一类采用调和平均近似的中心差分空间离散方法.采用时间上的向前和向后欧拉离散,分别导出了一个显式格式和一个线性化半隐式格式.方程解析解所具有的三个主要的性质分别为:1)质量守恒,2)自由能量耗散,3)正性,这三个性质被证明在离散层面上也是保持的.分析表明了半隐式格式无条件保持正性,而显式格式需要一个网格比的约束以用来确保正性.另外,对半隐式格式条件数的上界估计表明,基于调和平均近似的离散化可以有效地克服非对数Landau变换具有较大条件数的问题.为验证上述性质,在最后进行了大量的数值试验,并且可以观察到空间上的二阶精度和时间上的一阶精度.
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