Rozważ następujący problem
Interesuje mnie rozwiązanie w dziedzinie zależności przedziału i rozważam następujący schemat różnic skończonych.
- Celem jest ewolucja o i podobnie . Schemat ten jest całkowalny w tym sensie, że dzięki czemu mogę konsekwentnie obliczać z danych początkowych poprzez całkowanie w górę; stąd naprawdę muszę tylko spojrzeć na równania ewolucji dla i .
- Do danych początkowych potrzebujemy warunku zgodności . Co wskazuje, że można obliczyć wstępne dane używając do przodu (w ) skończoną różnicę w czasie wstępnej z wartościami danej w punktach pół całkowitych .
Pytanie :
- Czy to dobrze znany schemat? W szczególności, gdzie mogę znaleźć analizę tego programu?
- Czy jest coś oczywistego, na co powinienem zwrócić uwagę?
Tło : Udawaj, że nic nie wiem (co prawdopodobnie jest prawdą, ponieważ jestem czystym matematykiem próbującym nauczyć się trochę maszynerii obliczeniowej).
Edycja 1 : W celu wyjaśnienia (zająć kilka uwag) w równanie współrzędne będzie i i są puste współrzędnych podaje (do około renormalising czynniki 2) oraz . Tak więc początkowe dane w są w rzeczywistości w .
Zamiast siatki dostosowanej do uważam siatkę przystosowaną do która jest „obrócona o 45 stopni”. W porównaniu z , gdzie ma wartości całkowitych, można myśleć o oczek o dodatkowe punkty, w których jak (ale nie tylko jeden) i przyjmują wartości pół całkowite.
źródło
Odpowiedzi:
Zdecydowanie istnieje literatura na temat takich programów. Są dwa słowa kluczowe
Po 20 minutach przeglądania Google: niektóre potencjalnie ważne artykuły to http://dx.doi.org/10.1137/0719063 i http://dx.doi.org/10.1137/0728024 (szukaj dalej). Prawdopodobnie nie są to najlepsze odniesienia, ale powinny być punktem wyjścia do zapoznania się z odpowiednią literaturą.
Myślę o tym jak o obróconej metodzie linii z podziałem wymiarowym. Przypuszczalnie doskonale zdajesz sobie sprawę z równoważności swojego równania i zwykłej formy równania falowego przy przekształceniu u = t + x , v = t - x . Dla mnie warto pomyśleć o twoim schemacie w kategoriach tej tradycyjnej formy równania falowego. Schemat polega na zintegrowaniu najpierw wzdłuż jednego zestawu cech, a następnie wzdłuż drugiego. Integracja odbywa się za pomocą podziału wymiarowego i metody Eulera
Oczywiście, ponieważ integrujesz wzdłuż cech, twój schemat byłby dokładny w przypadku . Oznacza to, że błędy numeryczne w twoim schemacie będą wynikały tylko z integracji liczbowej F (może to być oczywiste, ale być może przydatne jest wskazanie tych, którzy są przyzwyczajeni do bardziej tradycyjnych metod numerycznych). Co więcej, twój schemat jest bezwarunkowo stabilny dla przypadku F = 0 . Nic więcej można powiedzieć o jego stabilności bez znając pewne właściwości F . Zasadniczo schemat będzie stabilny tylko pod pewnymi ograniczeniami wielkości skończonego kroku (ponieważ metoda Eulera jest jednoznaczna). Jeśli jakobian z F.F=0 F F=0 F F ma dowolnie wyimaginowane wartości własne, schemat będzie niestabilny.
Ogólne podejście dyskretyzacyjne polegające na zmniejszeniu PDE do systemu ODE (jak w twojej metodzie) jest znane jako metoda linii. Podobnie jak w przypadku każdej metody dyskretyzacji linii, można zwiększyć porządek dokładności, stosując solver ODE wyższego rzędu, a także poprawić stabilność, stosując odpowiedni domyślny solver ODE (przy jednoczesnym wzroście kosztu obliczeniowego na krok).
źródło
Począwszy od miejsca, w którym David Ketcheson zostawił mnie w swojej odpowiedzi, nieco więcej poszukiwań ujawniło kilka notatek historycznych.
Schemat, który przedstawiłem powyżej, rozważał już w 1900 r. J. Massau w Mémoire sur l'intégration graphique des équations aux dérivées partielles . Utwór został ponownie opublikowany w 1952 roku przez G. Delporte, Mons.
Pierwszą (choć krótką) współczesną analizę jej zbieżności przedstawili Courant, Friedrichs i Lewy's w klasycznym artykule z matematyki z 1928 r. Ann.
źródło