In this paper, we consider the variable-order time fractional mobile/immobile diffusion (TF-MID) equation in two-dimensional spatial domain, where the fractional order $\alpha(t)$ satisfies $0<\alpha_{*}\leq \alpha(t)\leq \alpha^{*}<1$. We combine the quadratic spline collocation (QSC) method and the $L1^+$ formula to propose a QSC-$L1^+$ scheme. It can be proved that, the QSC-$L1^+$ scheme is unconditionally stable and convergent with $\mathcal{O}(\tau^{\min{\{3-\alpha^*-\alpha(0),2\}}} + \Delta x^{2}+\Delta y^{2})$, where $\tau$, $\Delta x$ and $\Delta y$ are the temporal and spatial step sizes, respectively. With some proper assumptions on $\alpha(t)$, the QSC-$L1^+$ scheme has second temporal convergence order even on the uniform mesh, without any restrictions on the solution of the equation. We further construct a novel alternating direction implicit (ADI) framework to develop an ADI-QSC-$L1^+$ scheme, which has the same unconditionally stability and convergence orders. In addition, a fast implementation for the ADI-QSC-$L1^+$ scheme based on the exponential-sum-approximation (ESA) technique is proposed. Moreover, we also introduce the optimal QSC method to improve the spatial convergence to fourth-order. Numerical experiments are attached to support the theoretical analysis, and to demonstrate the effectiveness of the proposed schemes.


翻译:本文考虑二维空间域上的变阶时间分数阶移动/固定扩散(TF-MID)方程,其中分数阶α(t)满足0<α_*≤α(t)≤α^*<1。我们将二次样条配置方法与L1^+公式结合,提出QSC-L1^+格式。理论证明,该格式无条件稳定且收敛阶为O(τ^{min{3-α^*-α(0),2}}+Δx^2+Δy^2),其中τ、Δx和Δy分别为时间和空间步长。在α(t)满足适当假设条件下,即使采用均匀网格,QSC-L1^+格式亦可实现二阶时间收敛精度,且无需对方程的解施加任何限制。我们进一步构建新型交替方向隐式框架,发展出具有相同无条件稳定性和收敛阶的ADI-QSC-L1^+格式。此外,基于指数和逼近技术,提出ADI-QSC-L1^+格式的快速实现方案。同时引入最优二次样条配置方法将空间收敛阶提升至四阶。数值实验验证了理论分析结果,并证明了所提方法的有效性。

0
下载
关闭预览

相关内容

该研讨会涵盖了计算机科学、离散应用数学、运筹学和数学规划中有效算法和数据结构的研究。官网链接:http://esa-symposium.org/
专知会员服务
33+阅读 · 2021年3月7日
Linux导论,Introduction to Linux,96页ppt
专知会员服务
82+阅读 · 2020年7月26日
FlowQA: Grasping Flow in History for Conversational Machine Comprehension
专知会员服务
34+阅读 · 2019年10月18日
Keras François Chollet 《Deep Learning with Python 》, 386页pdf
专知会员服务
164+阅读 · 2019年10月12日
【SIGGRAPH2019】TensorFlow 2.0深度学习计算机图形学应用
专知会员服务
41+阅读 · 2019年10月9日
RL解决'BipedalWalkerHardcore-v2' (SOTA)
CreateAMind
31+阅读 · 2019年7月17日
强化学习的Unsupervised Meta-Learning
CreateAMind
18+阅读 · 2019年1月7日
Unsupervised Learning via Meta-Learning
CreateAMind
44+阅读 · 2019年1月3日
disentangled-representation-papers
CreateAMind
26+阅读 · 2018年9月12日
论文浅尝 | 利用 RNN 和 CNN 构建基于 FreeBase 的问答系统
开放知识图谱
11+阅读 · 2018年4月25日
可解释的CNN
CreateAMind
18+阅读 · 2017年10月5日
IJCAI | Cascade Dynamics Modeling with Attention-based RNN
KingsGarden
13+阅读 · 2017年7月16日
Layer Normalization原理及其TensorFlow实现
深度学习每日摘要
32+阅读 · 2017年6月17日
国家自然科学基金
2+阅读 · 2017年12月31日
国家自然科学基金
2+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
1+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
2+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
6+阅读 · 2014年12月31日
Entanglement buffering with two quantum memories
Arxiv
0+阅读 · 2023年11月16日
VIP会员
最新内容
乌克兰战场背后的新武器
专知会员服务
2+阅读 · 今天4:55
基于博弈论的陆军人机协同(长文报告)
专知会员服务
5+阅读 · 今天1:54
美国陆军航空兵:以愿景引领转型
专知会员服务
3+阅读 · 今天1:38
《多域战场上反制小型无人机系统》150页
专知会员服务
14+阅读 · 6月11日
战场人工智能:增强陆地作战能力的发现与要求
以人工智能为中心的指挥控制
专知会员服务
5+阅读 · 6月11日
相关资讯
RL解决'BipedalWalkerHardcore-v2' (SOTA)
CreateAMind
31+阅读 · 2019年7月17日
强化学习的Unsupervised Meta-Learning
CreateAMind
18+阅读 · 2019年1月7日
Unsupervised Learning via Meta-Learning
CreateAMind
44+阅读 · 2019年1月3日
disentangled-representation-papers
CreateAMind
26+阅读 · 2018年9月12日
论文浅尝 | 利用 RNN 和 CNN 构建基于 FreeBase 的问答系统
开放知识图谱
11+阅读 · 2018年4月25日
可解释的CNN
CreateAMind
18+阅读 · 2017年10月5日
IJCAI | Cascade Dynamics Modeling with Attention-based RNN
KingsGarden
13+阅读 · 2017年7月16日
Layer Normalization原理及其TensorFlow实现
深度学习每日摘要
32+阅读 · 2017年6月17日
相关基金
国家自然科学基金
2+阅读 · 2017年12月31日
国家自然科学基金
2+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
1+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
2+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
6+阅读 · 2014年12月31日
Top
微信扫码咨询专知VIP会员