We introduce a Fourier-Bessel-based spectral solver for Cauchy problems featuring Laplacians in polar coordinates under homogeneous Dirichlet boundary conditions. We use FFTs in the azimuthal direction to isolate angular modes, then perform discrete Hankel transform (DHT) on each mode along the radial direction to obtain spectral coefficients. The two transforms are connected via numerical and cardinal interpolations. We analyze the boundary-dependent error bound of DHT; the worst case is $\sim N^{-3/2}$, which governs the method, and the best $\sim e^{-N}$, which then the numerical interpolation governs. The complexity is $O[N^3]$. Taking advantage of Bessel functions being the eigenfunctions of the Laplacian operator, we solve linear equations for all times. For non-linear equations, we use a time-splitting method to integrate the solutions. We show examples and validate the method on the two-dimensional wave equation, which is linear, and on two non-linear problems: a time-dependent Poiseuille flow and the flow of a Bose-Einstein condensate on a disk.


翻译:本文提出一种基于傅里叶-贝塞尔函数的谱方法,用于求解具有齐次狄利克雷边界条件的极坐标拉普拉斯算子型柯西问题。我们沿方位角方向采用快速傅里叶变换(FFT)分离角模态,随后对每个模态沿径向方向实施离散汉克尔变换(DHT)以获得谱系数。两种变换通过数值插值与基数插值相衔接。我们分析了边界依赖性误差界:最坏情形为$\sim N^{-3/2}$(决定方法精度),最优情形为$\sim e^{-N}$(此时数值插值主导误差)。算法复杂度为$O[N^3]$。利用贝塞尔函数作为拉普拉斯算子本征函数的特性,我们可求解所有时间步的线性方程;对于非线性方程,则采用时间分裂法积分求解。通过线性二维波动方程、含时泊肃叶流动及圆盘上玻色-爱因斯坦凝聚体流动两个非线性算例,验证了该方法的有效性。

0
下载
关闭预览

相关内容

【2022新书】谱图理论,Spectral Graph Theory,100页pdf
专知会员服务
76+阅读 · 2022年4月15日
【硬核书】矩阵代数基础,248页pdf
专知会员服务
88+阅读 · 2021年12月9日
机器学习入门的经验与建议
专知会员服务
94+阅读 · 2019年10月10日
VCIP 2022 Call for Demos
CCF多媒体专委会
1+阅读 · 2022年6月6日
Hierarchically Structured Meta-learning
CreateAMind
27+阅读 · 2019年5月22日
Transferring Knowledge across Learning Processes
CreateAMind
29+阅读 · 2019年5月18日
详解GAN的谱归一化(Spectral Normalization)
PaperWeekly
11+阅读 · 2019年2月13日
Unsupervised Learning via Meta-Learning
CreateAMind
44+阅读 · 2019年1月3日
A Technical Overview of AI & ML in 2018 & Trends for 2019
待字闺中
18+阅读 · 2018年12月24日
【SIGIR2018】五篇对抗训练文章
专知
12+阅读 · 2018年7月9日
【CNN】一文读懂卷积神经网络CNN
产业智能官
18+阅读 · 2018年1月2日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2013年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2013年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2013年12月31日
国家自然科学基金
1+阅读 · 2012年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2012年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2012年12月31日
国家自然科学基金
1+阅读 · 2011年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2008年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2008年12月31日
Arxiv
0+阅读 · 2023年6月5日
VIP会员
最新内容
网状网络及其在军事领域的运用
专知会员服务
4+阅读 · 今天6:18
无美国参与的欧洲战争方式(万字长文)
专知会员服务
4+阅读 · 今天5:54
《国防领域敏感性分析白皮书》
专知会员服务
5+阅读 · 今天3:42
综述 | 从问答到任务完成:Agent系统与Harness设计
Agentic RL:框架、实践与长程智能体训练
专知会员服务
4+阅读 · 6月24日
重新思考无人机时代的生存能力
专知会员服务
8+阅读 · 6月24日
装甲突击旅:现代战争思考、战斗与组织
专知会员服务
6+阅读 · 6月24日
在人工智能加速决策环境中拓展OODA循环
专知会员服务
8+阅读 · 6月24日
军事欺骗:供作战战术指挥官使用的工具
专知会员服务
6+阅读 · 6月24日
相关资讯
VCIP 2022 Call for Demos
CCF多媒体专委会
1+阅读 · 2022年6月6日
Hierarchically Structured Meta-learning
CreateAMind
27+阅读 · 2019年5月22日
Transferring Knowledge across Learning Processes
CreateAMind
29+阅读 · 2019年5月18日
详解GAN的谱归一化(Spectral Normalization)
PaperWeekly
11+阅读 · 2019年2月13日
Unsupervised Learning via Meta-Learning
CreateAMind
44+阅读 · 2019年1月3日
A Technical Overview of AI & ML in 2018 & Trends for 2019
待字闺中
18+阅读 · 2018年12月24日
【SIGIR2018】五篇对抗训练文章
专知
12+阅读 · 2018年7月9日
【CNN】一文读懂卷积神经网络CNN
产业智能官
18+阅读 · 2018年1月2日
相关基金
国家自然科学基金
0+阅读 · 2013年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2013年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2013年12月31日
国家自然科学基金
1+阅读 · 2012年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2012年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2012年12月31日
国家自然科学基金
1+阅读 · 2011年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2008年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2008年12月31日
Top
微信扫码咨询专知VIP会员