随机微分方程守恒型数值方法研究

基本信息
批准号:11201125
项目类别:青年科学基金项目
资助金额:22.00
负责人:张静静
学科分类:
依托单位:河南理工大学
批准年份:2012
结题年份:2015
起止时间:2013-01-01 - 2015-12-31
项目状态: 已结题
项目参与者:吴旭,李艳方,李明奇,李海港
关键词:
离散梯度方法随机微分方程向后误差分析强弱收敛性守恒量
结项摘要

This proposal focuses on stochastic differential equations in Strotonovich sense driven by Wiener process with conserved quantities. We plan to do a systematic research on constructing conserved numerical methods of stochastic differential equations based on mathematical methods including discrete gradient approach; present theoretical analysis on convergence, numerical accuracy in strong and weak sense, compatibility and stability analysis for these methods; develop backward error analysis theory by assuming proper modified equations in strong and weak sense; explore conservative mechanism of our methods on preserving one or more conserved quantities in the long time numerical computation. To solve the possible improperly posed problem caused by discrete wiener process increment with arbitrary value, we will, based on the guaranteed numerical accuracy, replace discrete wiener process increment with bounded random variable, which lays a theoretical basis for the reliable numerical implementaion of our methods. We stress the combination of theoretical and numerical implementation studies, and expect to provied Matlab program package for numerical implementation based on the systematic construction theory of our methods. The results of this study are expected to provide new methods and theoretical foundations for highly efficient numerical computation of stochastic differential equation with conserved quantities in physics, biology and other fields, and further the development of structure preserving algorithm in stochastic differential equations.

本项目以Stratonovich积分意义下受维纳过程驱动且具有守恒量的随机微分方程为研究对象,拟利用包括离散梯度方法在内的数学方法系统研究守恒型数值方法的构造理论,分析所构造数值方法在强弱收敛意义下的收敛性、数值精度、相容性、稳定性等,进而设定合适的修正方程,发展所构造方法在强弱收敛意义下的向后误差分析理论,探讨守恒型数值方法在长时间数值计算中保持一个或多个守恒量的算法机理。在算法执行方面,对任意取值的离散维纳过程增量可能引起的算法不适定问题,拟在保证算法数值精度前提下,用有界的随机变量代替离散维纳过程增量,给出算法可靠数值计算的理论依据。本项目重视理论分析和数值实现相结合,基于算法的构造理论,拟提供守恒型算法数值实现的Matlab程序包。项目的预期成果可望为物理、生物等领域中具有守恒量的随机微分方程的高性能数值计算提供新方法和理论依据,进一步推进随机微分方程的保结构算法研究。

项目摘要

本研究项目围绕着随机微分方程的保结构数值方法研究领域中的若干关键问题,重点研究守恒型数值方法的构造理论,方法的理论分析和数值实现。在算法的构造方面,结合离散梯度方法和空间离散的拟谱方法构造了两类守恒型数值方法;利用随机微分方程的彩色有根树理论,构造了高阶的随机辛Runge-Kutta 方法;基于精确数值离散的思想,构造了带自由参数ω的保辛结构的修正中点公式;首次提出连续级的Runge-Kutta-Nyström 方法,借助Gauss求积,Radau求积和Lobatto求积方法,建立了一大类保辛结构和对称的Runge-Kutta-Nyström 方法。在算法的理论分析方面,对随机Runge-Kutta方法重点考察了其高阶收敛性和稳定性,即严格保持线性振子二阶矩线性增长的性质;对新的保辛结构的修正中点公式,利用后验误差分析研究了这类算法的修正方程。最后将这些算法应用于具体例子,给出了算法实现相应的matlab 程序。

项目成果
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数据更新时间:2023-05-31

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