贵州科学2024,Vol.42Issue(1) :62-65.

时空分数阶扩散方程的高效数值算法研究

Efficient numerical algorithm for spatiotemporal fractional diffusion equation

向丽 曹俊英 王自强
贵州科学2024,Vol.42Issue(1) :62-65.

时空分数阶扩散方程的高效数值算法研究

Efficient numerical algorithm for spatiotemporal fractional diffusion equation

向丽 1曹俊英 1王自强1
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作者信息

  • 1. 贵州民族大学 数据科学与信息工程学院,贵州 贵阳 550025
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摘要

在时间上使用Caputo型分数阶导数,在空间上使用Riemann-Liouville型分数阶导数,研究时空分数阶扩散方程的高效数值算法.首先,在时间上使用了一个一致收敛的高阶数值离散格式和在空间上利用移位的Grünwald-Letnikov公式进行离散;其次,分析离散化代数方程组的系数矩阵结构,利用快速Fourier变换和GMRES迭代法建立求解时空分数阶的快速计算方法;最后,给出的数值结果表明,本文的数值格式是有效的.

Abstract

This paper studies the efficient numerical algorithms for spatiotemporal fractional diffusion equations,in which Caputo type fractional derivatives are used in time and Riemann-Liouville type fractional derivatives are used in space.Firstly,a uniformly convergent high-order numerical discretization scheme is used in time,and the shifted Grünwald-Letnikov formula is used in space for discretization.Secondly,the coefficient matrix structure of the dis-cretized algebraic equations is analyzed,and a fast computing method for solving the spatiotemporal fractional order is established by using fast Fourier transform and GMRES iterative method.Finally,the numerical results show that the numerical scheme is effective.

关键词

Grünwald-Letnikov公式/Riemann-Liouville分数阶导数/Toeplitz类矩阵

Key words

Grunwald-Letnikov formula/Riemann-Liouville fractional derivative/Toeplitz-like matrix

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基金项目

贵州省科学技术基金(黔科合基础[2020]1Y015)

国家自然科学基金(11901135)

国家自然科学基金(11961009)

出版年

2024
贵州科学
贵州科学院

贵州科学

影响因子:0.395
ISSN:1003-6563
参考文献量9
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