自治时,常微分方程的数值逼近系统是否有捷径?

计算科学 数字
2021-11-30 06:30:03

求解 ODE 的现有算法处理函数dydt=f(y,t), 在哪里yRn. 但是在许多物理系统中,微分方程是自治的,所以dydt=f(y),yRn, 与t被排除在外。有了这个简化的假设,在现有的数值方法中可以看到哪些改进?例如,如果n=1, 问题变成t=dyf(y)我们转向一种完全不同的算法来整合一维积分。为了n>1,最大可能的改进是减少y1,因为时间相关的情况可以通过附加来模拟ty, 改变域yRnRn+1.

1个回答

我想说的一项重大改进是在时间步长方法的范围内,您可以在其中传播ynyn+1=U(yn)使用解决方案图U,您可以确定传播者(或至少部分),然后在每个时间步重新使用它。

例如,在线性情况下,您将拥有ty=Ay, 在哪里A是一个矩阵。解决方案操作员U(y)=exp(AΔt)y主要由矩阵指数组成。对于自治系统,这种昂贵的矩阵指数评估只需要一次即可完成传播 - 与时间相关系统相反,您必须在每个时间步执行此评估。

对于非线性系统,这并不容易,但根据算法,某些昂贵的评估可以重复使用。