偏微分方程径向基无网格配点法的数值算法研究

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与有限差分法(FDM)和有限元法(FEM)一样,无网格方法也是求解偏微分方程的数值算法之一。虽然有限差分法的精度较高,但是它需要一个结构化的网格甚至网格集;有限元法具有高度灵活性,但在另一方面,它是难以实现高精度,并且对于高维问题,程序编码和网格生成也变得越来越困难。于是,在1977年,Lucyt和Gingold率先提出了无网格方法,这些迅速发展的无网格方法大大降低了计算的成本。如今,用径向基无网格法求解偏微分方程已取得了一系列的研究成果,其中用径向基无网格配点法求解偏微分方程由于高效、灵活而倍受青睐。   本文第一部分是在径向基无网格配点法的基础上,给出了径向基无网格最小二乘配点法。以高斯函数作为基函数,证明了该方法解的存在唯一性,并采用特殊方法处理了边界条件,然后将该方法分别应用于椭圆型方程和对流占优扩散方程的求解。数值算例表明本文所提出的无网格方法切实可行,它是一个真正的无网格法,它既不需要数值积分,也不需要对网格进行划分。与径向基无网格配点法相比,该方法精度更高,稳定性更强;与Galerkin方法相比较,该方法在计算效率也有较大优势。   本文第二部分提出了求解偏微分方程的MQ拟插值算法,并将其应用求解一维扩散方程。该方法将时间导数项用有限差分代替,空间导数用导数形式的MQ拟插值直接逼近,再利用高次多项式来处理边界条件,这样则避免了方程组的求解而直接得到试函数的逼近。数值算例表明,该方法作为一种新的无网格算法,不仅比径向基无网格配点法计算快,而且具有更好的保形性和更小的误差。
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