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The Finite Volume Element Method for Time-Fractional Nonlinear Fourth-Order Diffusion Equation with Time Delay
1
作者 Anran Li Qing Yang 《Engineering(科研)》 2025年第1期53-72,共20页
In this article, a finite volume element algorithm is presented and discussed for the numerical solutions of a time-fractional nonlinear fourth-order diffusion equation with time delay. By choosing the second-order sp... In this article, a finite volume element algorithm is presented and discussed for the numerical solutions of a time-fractional nonlinear fourth-order diffusion equation with time delay. By choosing the second-order spatial derivative of the original unknown as an additional variable, the fourth-order problem is transformed into a second-order system. Then the fully discrete finite volume element scheme is formulated by using L1approximation for temporal Caputo derivative and finite volume element method in spatial direction. The unique solvability and stable result of the proposed scheme are proved. A priori estimate of L2-norm with optimal order of convergence O(h2+τ2−α)where τand hare time step length and space mesh parameter, respectively, is obtained. The efficiency of the scheme is supported by some numerical experiments. 展开更多
关键词 time-fractional Nonlinear Fourth-order diffusion equation with time Delay Finite Volume Element Method Caputo-fractional Derivative Optimal Priori Error Analysis
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A Compact Finite Volume Scheme for the Multi-Term Time Fractional Sub-Diffusion Equation
2
作者 Baojin Su Yanan Wang +1 位作者 Jingwen Qi Yousen Li 《Journal of Applied Mathematics and Physics》 2022年第10期3156-3174,共19页
In this paper, we introduce high-order finite volume methods for the multi-term time fractional sub-diffusion equation. The time fractional derivatives are described in Caputo’s sense. By using some operators, we obt... In this paper, we introduce high-order finite volume methods for the multi-term time fractional sub-diffusion equation. The time fractional derivatives are described in Caputo’s sense. By using some operators, we obtain the compact finite volume scheme have high order accuracy. We use a compact operator to deal with spatial direction;then we can get the compact finite volume scheme. It is proved that the finite volume scheme is unconditionally stable and convergent in L<sub>∞</sub>-norm. The convergence order is O(τ<sup>2-α</sup> + h<sup>4</sup>). Finally, two numerical examples are given to confirm the theoretical results. Some tables listed also can explain the stability and convergence of the scheme. 展开更多
关键词 Multi-Term time fractional Sub-diffusion equation High-order Compact Finite Volume Scheme Stable CONVERGENT
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Fractal and Fractional Diffusion Equations of Price Changing of Commodity
3
作者 Tianquan Yun 《Applied Mathematics》 2013年第7期18-22,共5页
In this paper, three types of modeling of diffusion equations for price changing of commodity are studied. In which, the partial derivatives of price of commodity respected to time on the left hand side are integer-de... In this paper, three types of modeling of diffusion equations for price changing of commodity are studied. In which, the partial derivatives of price of commodity respected to time on the left hand side are integer-derivative, fractal derivative, and fractional derivative respectively;while just a second order derivative respected to space is considered on the right hand side. The solutions of these diffusion equations are obtained by method of departing variables and initial boundary conditions, by translation of variables, and by translation of operators. The definitions of order of commodity x and the distance between commodity?xi and xj are defined as [1]. Examples of calculation of price of pork, beef and mutton mainly due to price raising of pork in 2007-07 to 2008-02 inChina are given with same market data as [1]. Conclusion is made. 展开更多
关键词 FRACTAL DERIVATIVE fractional DERIVATIVE Heat diffusion equation: order of COMMODITY time-Space Exchange
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基于再生核和有限差分法求解变系数时间分数阶对流扩散方程
4
作者 吕学琴 何松岩 王世宇 《数学物理学报(A辑)》 北大核心 2025年第1期153-164,共12页
针对变系数的时间分数阶对流-扩散方程,首先,使用有限差分法,得到了该方程的半离散格式.之后再利用再生核方法,得到了方程的精确解u(x,t_(n)),将精确解u(x,t_(n))取m项截断,可得到近似解u_(m)(x,t_(n)).通过证明,得到该方法是稳定的.最... 针对变系数的时间分数阶对流-扩散方程,首先,使用有限差分法,得到了该方程的半离散格式.之后再利用再生核方法,得到了方程的精确解u(x,t_(n)),将精确解u(x,t_(n))取m项截断,可得到近似解u_(m)(x,t_(n)).通过证明,得到该方法是稳定的.最后,通过三个数值例子,并与其他文献中的方法在同等条件下进行了比较,证明该算法有效. 展开更多
关键词 CAPUTO分数阶导数 再生核方法 变系数时间分数阶对流扩散方程 有限差分方法
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基于L2-1_(σ)格式逼近时间分数阶扩散方程的差分方法及其收敛性分析
5
作者 姜楠楠 周晓军 《贵州师范大学学报(自然科学版)》 CAS 北大核心 2024年第2期100-105,111,共7页
针对时间分数阶扩散方程,在时间方向上结合L2-1_(σ)格式,空间上采用二阶中心差分方法进行离散,并对离散格式进行了收敛性和稳定性分析,离散格式和分析方法可以很容易推广到空间高维情形。最后,通过数值算例对L2-1_(σ)格式和L1格式进... 针对时间分数阶扩散方程,在时间方向上结合L2-1_(σ)格式,空间上采用二阶中心差分方法进行离散,并对离散格式进行了收敛性和稳定性分析,离散格式和分析方法可以很容易推广到空间高维情形。最后,通过数值算例对L2-1_(σ)格式和L1格式进行了误差和收敛阶的对比,显示出L2-1_(σ)格式在时间分数阶导数逼近上的优势。 展开更多
关键词 时间分数阶扩散方程 收敛阶 差分格式
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基于时间分数阶扩散方程的药物控释初始浓度优化
6
作者 张新明 黎潇 黄何 《工程数学学报》 CSCD 北大核心 2024年第5期867-881,共15页
药物控释系统是指通过调控内部某些设计参数,以达到特定药物释放目标的一种可控释体系。针对基于时间分数阶扩散方程的药物控释体系初始浓度优化问题,采用B样条小波方法求解正问题,采用结合了小生境策略和布谷鸟搜索算法的小生境布谷鸟... 药物控释系统是指通过调控内部某些设计参数,以达到特定药物释放目标的一种可控释体系。针对基于时间分数阶扩散方程的药物控释体系初始浓度优化问题,采用B样条小波方法求解正问题,采用结合了小生境策略和布谷鸟搜索算法的小生境布谷鸟算法优化不同分数阶下的药物初始浓度,从而近似达到三种预期药物释放目标。对于正问题求解,主要结合Caputo导数和三次B样条尺度函数,建立了一种B样条小波方法的迭代求解格式;对于初始浓度优化问题,引入了反问题研究思路,将药物控释体系的优化设计问题归结为基于分数阶扩散方程的参数辨识问题。为了实现参数反演控制,引入了小生境布谷鸟智能优化算法,反演计算控释体系中的初始浓度,有效地解决了布谷鸟算法易陷入局部极值的问题。针对恒速释放,线性降低释放和非线性释放三种释放目标,给出了最优控制参数设计,数值算例验证了所提方法的有效性。 展开更多
关键词 时间分数阶扩散方程 药物控释体系初始浓度优化 B样条小波方法 小生境布谷鸟算法
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时间分数阶反应-扩散方程的隐式差分近似 被引量:20
7
作者 于强 刘发旺 《厦门大学学报(自然科学版)》 CAS CSCD 北大核心 2006年第3期315-319,共5页
考虑时间分数阶反应-扩散方程,它是从标准的反应-扩散方程中用分数阶导数α(0<α<1)代替一阶时间导数而得到.提出了一个计算有效的隐式差分近似.利用分数阶离散系数的特点,证明了这个隐式差分近似是无条件稳定的,并且也证明了它... 考虑时间分数阶反应-扩散方程,它是从标准的反应-扩散方程中用分数阶导数α(0<α<1)代替一阶时间导数而得到.提出了一个计算有效的隐式差分近似.利用分数阶离散系数的特点,证明了这个隐式差分近似是无条件稳定的,并且也证明了它的收敛性.最后给出数值例子. 展开更多
关键词 时间分数阶 反应-扩散方程 隐式差分近似 稳定性 收敛性
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变系数空间分数阶对流-扩散方程的隐式差分逼近 被引量:9
8
作者 马亮亮 田富鹏 《中北大学学报(自然科学版)》 CAS 北大核心 2014年第1期11-14,共4页
在一般对流-扩散方程的基础上,研究了变系数空间分数阶对流-扩散方程的隐式差分逼近格式.利用Grünwald改进型公式和时间、空间一阶差商公式对分数阶导数进行离散,提出了一个计算有效的隐式差分近似.利用分数阶离散系数的特点和Lax... 在一般对流-扩散方程的基础上,研究了变系数空间分数阶对流-扩散方程的隐式差分逼近格式.利用Grünwald改进型公式和时间、空间一阶差商公式对分数阶导数进行离散,提出了一个计算有效的隐式差分近似.利用分数阶离散系数的特点和Lax等价定理,证明了这个差分格式是无条件稳定的,并且证明了它的收敛性.最后通过数值例子验证了提出的差分格式是可靠和有效的. 展开更多
关键词 对流-扩散方程 分数阶导数 隐式差分 稳定性 收敛性
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变分数阶扩散方程的新隐式差分法 被引量:3
9
作者 于春肖 苑润浩 +1 位作者 魏国勇 崔栋 《安徽大学学报(自然科学版)》 CAS 北大核心 2014年第1期12-18,共7页
针对变分数阶扩散方程,提出新隐式差分法.首先,对二阶空间导数和Riemann-Liouville型变时间分数阶导数算子进行离散化处理,将变分数阶扩散方程转化为代数方程组求解;然后,借助Fourier级数技术给出了新隐式差分法的收敛性分析;最后,通过... 针对变分数阶扩散方程,提出新隐式差分法.首先,对二阶空间导数和Riemann-Liouville型变时间分数阶导数算子进行离散化处理,将变分数阶扩散方程转化为代数方程组求解;然后,借助Fourier级数技术给出了新隐式差分法的收敛性分析;最后,通过数值算例检验该方法,计算结果表明了新隐式差分法的可行性和有效性. 展开更多
关键词 变分数阶扩散方程 新隐式差分法 变时间分数阶导数算子 收敛性分析
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时间-空间分数阶对流扩散方程的有限差分解法(英文) 被引量:4
10
作者 张阳 于志玲 《南开大学学报(自然科学版)》 CAS CSCD 北大核心 2009年第5期51-56,共6页
通过对空间分数阶导数采用修正的Grunwald有限差分逼近,给出了数值求解时间-空间分数阶导数对流扩散方程的一种隐式差分格式.证明了格式的兼容性、无条件稳定性及一阶收敛性,并给出了数值算例.
关键词 对流扩散方程 分数阶导数 隐式差分格式 稳定性 收敛性
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Coimbra变时间分数阶扩散-波动方程的新隐式差分法 被引量:4
11
作者 马亮亮 刘冬兵 《西南师范大学学报(自然科学版)》 CAS 北大核心 2015年第3期25-31,共7页
将一阶的时间偏导数用Coimbra变时间分数阶导数算子进行替换,提出了一种新隐式差分解法.首先,对Coimbra型变时间分数阶导数算子和二阶空间导数进行离散化处理,将Coimbra变时间分数阶扩散-波动方程转化为代数方程组求解;然后,借助于数学... 将一阶的时间偏导数用Coimbra变时间分数阶导数算子进行替换,提出了一种新隐式差分解法.首先,对Coimbra型变时间分数阶导数算子和二阶空间导数进行离散化处理,将Coimbra变时间分数阶扩散-波动方程转化为代数方程组求解;然后,借助于数学归纳法给出了新隐式差分方法的收敛性分析,并证明了新隐式差分方法是无条件收敛的;最后,通过数值例子检验该方法,计算结果表明新隐式差分方法的理论分析是正确的,所构造的离散格式是可行的和有效的. 展开更多
关键词 分数阶扩散 波动方程 Coimbra变时间分数阶导数 收敛性 稳定性 数值解 新隐式差分格式
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变时间分数阶反应扩散方程的数值分析 被引量:2
12
作者 刘冬兵 马亮亮 《江南大学学报(自然科学版)》 CAS 2014年第1期109-112,共4页
考虑时变分数阶反应扩散方程的数值逼近问题。采用分段线性插值法结合对一阶时间导数的一个二阶近似离散Coimbra时变分数阶导数,用中心差分离散二阶空间分数阶导数通过数值例子验证了提出的数值方法,说明了数值方法的有效性。
关键词 时变分数阶反应扩散方 Coimbra变分数阶导数 数值逼近 中心差分 空间分数阶导数
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一类变时间分数阶含源项非定常奇异摄动对流扩散方程的数值分析 被引量:3
13
作者 马亮亮 刘冬兵 《沈阳大学学报(自然科学版)》 CAS 2013年第5期424-427,共4页
考虑了变时间分数阶含源项非定常奇异摄动对流扩散方程的数值逼近问题.首先采用分段线性插值法,结合对一阶时间导数的一个二阶近似离散Coimbra变时间分数阶导数,然后用中心差分离散一阶空间分数阶导数和二阶空间分数阶导数,最后用数值... 考虑了变时间分数阶含源项非定常奇异摄动对流扩散方程的数值逼近问题.首先采用分段线性插值法,结合对一阶时间导数的一个二阶近似离散Coimbra变时间分数阶导数,然后用中心差分离散一阶空间分数阶导数和二阶空间分数阶导数,最后用数值例子验证了提出的数值方法,说明了数值方法的有效性. 展开更多
关键词 对流扩散方程 Coimbra变分数阶导数 数值逼近 中心差分 空间分数阶导数
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变时间分数阶非定常对流扩散方程的数值分析 被引量:6
14
作者 马亮亮 《辽东学院学报(自然科学版)》 CAS 2013年第3期207-210,共4页
考虑变时间分数阶非定常对流扩散方程的数值逼近问题,首先,采用分段线性插值法结合对一阶时间导数的一个二阶近似离散Coimbra变时间分数阶导数,然后,用中心差分离散一阶空间分数阶导数和二阶空间分数阶导数。最后,用数值例子验证了提出... 考虑变时间分数阶非定常对流扩散方程的数值逼近问题,首先,采用分段线性插值法结合对一阶时间导数的一个二阶近似离散Coimbra变时间分数阶导数,然后,用中心差分离散一阶空间分数阶导数和二阶空间分数阶导数。最后,用数值例子验证了提出的数值方法,说明了数值方法的有效性。 展开更多
关键词 变时间分数阶对流扩散方程 Coimbra变分数阶导数 数值逼近 中心差分 空间分数阶导数
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变系数空间分数阶对流-扩散方程的有限差分解法 被引量:13
15
作者 马亮亮 《沈阳大学学报(自然科学版)》 CAS 2013年第4期341-344,共4页
考虑了一个变系数空间分数阶对流-扩散方程.这个方程是将一般的对流-扩散方程中的空间二阶导数用β(1<β≤2)阶导数代替.提出了一个隐式差分格式,验证了这个差分格式是无条件稳定的,并证明了它的收敛性,其收敛阶为o(τ+h),最后给出... 考虑了一个变系数空间分数阶对流-扩散方程.这个方程是将一般的对流-扩散方程中的空间二阶导数用β(1<β≤2)阶导数代替.提出了一个隐式差分格式,验证了这个差分格式是无条件稳定的,并证明了它的收敛性,其收敛阶为o(τ+h),最后给出了数值例子. 展开更多
关键词 对流-扩散方程 分数阶导数 隐式差分 稳定性 收敛性
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一类变时间分数阶扩散方程的数值计算方法 被引量:3
16
作者 刘建平 张晴 毛学志 《河北科技师范学院学报》 CAS 2018年第2期22-27,共6页
考虑移位勒让德多项式的正交性及可计算性,在Caputo类型的变分数阶微分定义下,给出了移位勒让德多项式的微分算子矩阵。然后,利用得到的算子矩阵将变时间分数阶扩散方程转化成可利用最小二乘法求解的线性方程组。最后,通过数值算例验证... 考虑移位勒让德多项式的正交性及可计算性,在Caputo类型的变分数阶微分定义下,给出了移位勒让德多项式的微分算子矩阵。然后,利用得到的算子矩阵将变时间分数阶扩散方程转化成可利用最小二乘法求解的线性方程组。最后,通过数值算例验证了该算法的有效性及正确性。 展开更多
关键词 变分数阶导数 移位勒让德多项式 微分算子矩阵 变时间分数阶扩散方程
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时间分数阶扩散方程的隐式差分近似 被引量:3
17
作者 马亮亮 《贵州师范大学学报(自然科学版)》 CAS 2014年第2期79-82,共4页
考虑时间分数阶扩散方程,它是从标准的扩散方程中用分数阶导数α(0<α<1)代替一阶时间导数而得到,提出了一个计算有效的隐式差分近似,并证明了这个隐式差分近似是无条件稳定和无条件收敛的。最后给出了数值例子。
关键词 时间分数阶 扩散方程 隐武差分近似 稳定性 收敛性
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变时间分数阶扩散方程的数值模拟 被引量:10
18
作者 沈淑君 《莆田学院学报》 2011年第5期5-9,共5页
考虑变时间分数阶扩散方程。首先利用分段线性插值法结合对一阶时间导数的一个二阶近似离散Coimbra变时间分数阶导数,然后利用Richardson外推法改进精度,最后用数值例子来验证提出的数值方法,从而说明数值方法的有效性。
关键词 变时间分数阶扩散方程 Coimbra变分数阶导数 数值逼近 RICHARDSON外推法
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时间分数阶四阶扩散方程H~1-Galerkin混合元方法的误差分析 被引量:1
19
作者 史艳华 王芬玲 《许昌学院学报》 CAS 2021年第5期7-11,共5页
主要研究时间分数阶四阶扩散方程的H^(1)-Galerkin有限元方法.首先通过引入中间变量,将分数阶四阶抛物方程变成一阶分数阶微分方程组.然后在时间方向上利用修正的L1格式,空间上借助双线性元和零阶Raviart-Thomas(R-T)元,构造其相应的全... 主要研究时间分数阶四阶扩散方程的H^(1)-Galerkin有限元方法.首先通过引入中间变量,将分数阶四阶抛物方程变成一阶分数阶微分方程组.然后在时间方向上利用修正的L1格式,空间上借助双线性元和零阶Raviart-Thomas(R-T)元,构造其相应的全离散逼近格式.利用插值算子的高精度结果和离散的Gron-wall引理,得到了原始变量和中间变量的超逼近性质和误差结果. 展开更多
关键词 分数阶四阶抛物方程 H^(1)-Galerkin混合有限元法 误差估计 超逼近
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一类分数阶时滞扩散微分方程的数值解法
20
作者 张艳敏 刘明鼎 《曲阜师范大学学报(自然科学版)》 CAS 2016年第4期1-4,共4页
考虑了一类时间分数阶变系数时滞扩散微分方程,方程中对时间的导数由传统一阶导数变为α(0<α<1)阶导数,对此类方程利用差分法构造了有效的差分格式,并对此格式的收敛性和稳定性进行证明,数值算例检验该格式解决此类方程是有效的.
关键词 时间分数阶 变系数时滞扩散微分方程 无条件收敛 无条件稳定
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