【摘 要】
:
保结构算法是微分方程数值算法的重要研究方向之一,其目的是构造数值积分保持连续系统的相应特征。一切真实的、耗散可忽略不计的物理过程都可以表示成Hamilton系统,它在自然界中有着非常广泛的应用。然而经典力学中研究的大部分系统都不是保守系统,所以很难将这类系统表示为经典的Hamilton力学形式以及最小作用量变分原理形式或者与此等效的Lagrange力学形式,极大地限制了保结构算法在耗散系统中的应用
论文部分内容阅读
保结构算法是微分方程数值算法的重要研究方向之一,其目的是构造数值积分保持连续系统的相应特征。一切真实的、耗散可忽略不计的物理过程都可以表示成Hamilton系统,它在自然界中有着非常广泛的应用。然而经典力学中研究的大部分系统都不是保守系统,所以很难将这类系统表示为经典的Hamilton力学形式以及最小作用量变分原理形式或者与此等效的Lagrange力学形式,极大地限制了保结构算法在耗散系统中的应用。本文对带线性耗散的Hamilton系统进行数值研究,构造了一系列共形保结构算法,并给出了这些算法的离散守恒性质。主要工作包括:1.对一般带线性耗散项的多辛Hamilton系统,在Lie分裂的基础上,时间方向上采用平均向量场方法,空间方向采用隐式中点方法,得到保局部共形能量方法;时间方向上采用隐式中点方法,空间方向上采用平均向量场方法,得到保局部共形动量方法。证明了两种方法分别保持离散的局部共形能量守恒律和局部共形动量守恒律。在适当的边界条件下,保局部共形动量方法还满足相应的全局共形动量守恒律,也就是保持全局动量的衰减速度。通过对带线性耗散的Schr?dinger方程的数值试验,表明了所提的保局部动量方法能够清晰的模拟孤立波的传播与碰撞,具有长时间的数值模拟能力,相较于一般传统的保结构算法,在保持全局动量的衰减速度上具有更大的优势。2.针对带线性耗散的耦合Schr?dinger方程,在共形多辛Hamilton系统框架下,利用Lie分裂技巧和隐式中点方法,构造出了共形多辛Preissman格式和保局部共形动量格式。证明了这两种格式分别保持离散共形多辛守恒律和局部共形动量守恒律的同时,还保持局部共形电荷守恒律。在适当的边界条件下,它们还保持全局电荷的衰减速度。数值试验结果表明,所提算法长时间模拟的有效性和共形守恒性。3.对耗散的Klein–Gordon方程,利用Strang分裂方法。在无穷维共形Hamilton系统框架下,时间上采用隐式中点格式,空间采用小波配点法,构造了共形辛小波配点格式,并证明该格式满足离散全局共形辛守恒律。在共形多辛Hamilton系统框架下,时空方向均采用隐式中点格式,构造了新的共形Preissman格式,并证明了该格式不仅满足离散的共形多辛守恒律和局部共形动量守恒律,还满足由线性对称性导出的共形守恒律。数值试验结果表明,所提算法的长时间模拟性和共形守恒性。4.基于耗散的Schr?dinger方程的一些共形守恒律,利用Strang分裂方法,构造了一种高阶紧致共形多辛方法、一种保局部共形动量方法和一种分裂共形多辛Fourier拟谱方法。证明了这三种方法分别保持相应的局部共形守恒律,而且在适当的边界条件下,还满足全局共形守恒律。通过明/暗孤立子的数值试验,表明了所提方法能够清晰的模拟明/暗孤立子的碰撞,验证了共形守恒性。
其他文献
阵列信号处理是现代信号处理领域的重要分支,在移动通信、雷达、声呐、射电天文、电子医学等领域具有重要的应用。目前,经典的阵列测向方法属于模型驱动类方法,如MUSIC、ESPRIT及其各种改进算法。然而,模型驱动类方法在实际工程应用中始终面临着阵列误差、低信噪比等复杂环境的严峻挑战。机器学习是由数据驱动的信号处理与信息获取工具,在数据挖掘、文本理解、图像处理、模式识别(人脸、语音)等领域受到了广泛的关
在线社交网络是一种允许人们建立社会联系、参与互动交流、分享心得体会的在线平台。随着互联网信息技术的蓬勃发展,在线社交网络以其通讯即时、使用便捷、信息多元、用户海量等特点,深受广大用户的青睐与好评。人们将日常社交行为从线下生活延伸至线上网络,使得在线社交网络成为人们日常生活中不可或缺的重要平台。用户作为在线社交网络中的信息产生者与消费者,是各类在线社交平台的核心资产,其社交特征是识别用户身份、描述用
高功率光纤激光器的发展日新月异,随着应用领域的不断扩展,对激光器的输出稳定性更加关注,然而光子暗化效应成为制约光纤激光器高功率、高稳定性输出的重要因素。总结国内外对光子暗化效应的研究,虽然涉及表征方法、产生机理和抑制方法等方面,但是对光子暗化的产生机理仍无定论,且抑制方法上各有优劣。因此,本论文围绕高功率光纤中的光子暗化效应,以产生机理为指导,以表征方法为基础,对其抑制方法进行深入的理论和实验研究
当前,随着计算机科技的不断发展,尤其是可视化技术取得了突破性的进展,三维人体模型重建受到了国内外研究人员的广泛关注,并取得了一定的成果,是计算机图形学领域中的一个热点研究课题。高质量的三维人体模型在军事训练、航空航天、安全监控与影视游戏等诸多领域都具有非常可观的实用价值与广泛的应用前景。但是,由于硬件条件的约束限制,以及一些客观因素,三维人体模型重建仍然存在一些难点问题亟待解决,例如误差导致的纹理
常规光电成像系统主要由光学系统、面阵光电探测器和信号处理系统组成,其自动对焦机制在提升系统成像质量的同时,又使光电探测器被入射激光汇聚照明,成为二次发光点。有相当一部分反射光将按原入射光路返回,产生较强的猫眼效应,导致成像设备极易被激光主动侦察系统发现和定位,从而被施以激光致盲,乃至火力摧毁。目前基于猫眼回波探测技术的激光主动侦察或者侦察/致盲一体化系统已被广泛应用,对光电成像设备的隐蔽性与安全性
高功率光纤激光以其突出优势在工业加工、地球科学和军事国防等领域得到了广泛的应用。在光纤激光系统中,非线性效应与时频特性是紧密联系的,一方面,非线性效应会对光纤激光时频特性产生显著影响,这限制了高功率光纤激光在某些特殊场合的应用;另一方面,光纤激光时频特性是光纤中非线性效应的直观表征,具有不同时频特性的光纤激光,其非线性效应会呈现出不同的特性。本文以高功率光纤激光受激拉曼散射动力学特性为主要研究对象
中国空间站将于2022年前后建成,未来空间站的长期在轨运营、复杂科学实验的开展将主要依赖航天员来完成。载人飞行成本高、在轨驻留航天员人数有限,实现航天员工作效率提升,充分利用宝贵的在轨时间开展更多有价值的空间任务,对载人航天活动意义重大。为辅助空间站舱内航天员工作、提升航天员工作效率,本文提出了一款智能的舱内航天员跟随辅助机器人。该机器人能够智能地跟随所服务的航天员并与其进行交互,代替或辅助航天员
强流离子束在离子束驱动快点火、温稠密物质产生以及肿瘤治疗等领域有非常重要的研究价值。本论文采用数值模拟和理论分析的方法研究了超强激光与等离子体薄膜靶相互作用中强流离子束的产生及其在等离子体中的输运过程,主要研究内容如下:一、研究了激光辐射压加速中横向不稳定性的发展过程。当激光作用到调制靶表面时,横向不稳定性迅速激发,质子束密度出现周期性扰动。通过对质子平均面密度的傅里叶分析诊断了横向不稳定性的增长
点阵结构多功能设计是目前飞行器结构设计的重要研究方向,承载/阻尼一体化设计更是航空航天设备结构设计的难题。轻质点阵结构具有高韧性、抗冲击、吸声、电磁波吸收、有效隔热等优异性能,具有十分广泛的应用前景。在航空航天领域引起了许多研究者的关注。各国研究人员对点阵结构进行了广泛的研究。然而,目前的点阵结构优化算法与已有结构结合不足、异质三维点阵研究较少、异质点阵优化拓扑优化方法研究较少,严重制约了点阵结构
随着激光技术的不断发展,超强、超短的激光脉冲与原子、分子、凝聚态相互作用带来了很多新的物理现象。强场物理的研究为人们探测和调控物质的超快动力学过程提供了强有力的技术手段,具有重大的科学意义和应用价值。本文发展了经典轨迹蒙特卡洛方法和德布罗意-波姆力学分析方法,结合数值求解含时薛定谔方程,深入地研究了激光场作用下电子在库伦势和周期势中的超快动力学过程,主要内容由三部分组成:第一部分中,我们研究了太赫