Открытый доступ Открытый доступ  Доступ закрыт Доступ предоставлен  Доступ закрыт Только для подписчиков

Том 63, № 9 (2023)

Обложка

Весь выпуск

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Только для подписчиков

ОБЩИЕ ЧИСЛЕННЫЕ МЕТОДЫ

Конструктивный алгоритм векторизации произведения \(P \otimes P\) для симметричной матрицы P

Глущенко А.И., Ласточкин К.А.

Аннотация

В работе предложен конструктивный алгоритм вычисления матриц исключения \(\bar {L}\) и дублирования \(\bar {D}\) для операции векторизации произведения \(P \otimes P\) при \(P = {{P}^{{\text{T}}}}\). Матрица \(\bar {L}\), получаемая в соответствии с алгоритмом, позволяет формировать из упомянутого произведения вектор, содержащий только уникальные элементы. Матрица \(\bar {D}\), в свою очередь, позволяет выполнять обратное преобразование. Предложена программная реализация процедуры вычисления матриц \(\bar {L}\) и \(\bar {D}\). На основе отмеченных результатов предложена новая операция \({\text{vecu}}\left( . \right)\), определенная над произведением \(P \otimes P\) при \(P = {{P}^{{\text{T}}}}\) и описаны ее свойства. Показаны отличия и преимущества разработанной операции от известных операций \({\text{vec}}\left( . \right)\) и \({\text{vech}}\left( . \right)\) (\({\text{vecd}}\left( . \right)\)) в случае их применения для векторизации произведения \(P \otimes P\) при \(P = {{P}^{{\text{T}}}}\). На примере параметризации алгебраического уравнения Риккати продемонстрирована эффективность операции \({\text{vecu}}\left( . \right)\) для снижения перепараметризации задачи идентификации неизвестных параметров. Библ. 14. Фиг. 3.

Журнал вычислительной математики и математической физики. 2023;63(9):1415-1427
pages 1415-1427 views

Вычисление с минимальной погрешностью n-й производной по данным измерения функции

Кочуров А.С., Демидов А.С.

Аннотация

Предложено решение вопроса, возникающего во всех задачах, где по экспериментальным дискретным данным априори гладкой функции требуется приближенно вычислить ее производные. Вся проблема сводится к поиску “оптимального” шага разностной аппроксимации. Эту проблему исследовали многие математики. Оказалось, что для выбора “оптимального” шага аппроксимации производной \(k\)-го порядка надо знать как можно более точную оценку модуля производной порядка \(k + 1\). Предложенный в статье алгоритм, дающий такую оценку, применен к задаче о концентрации тромбина, который определяет динамику свертываемости крови. Эта динамика представлена графиками и дает интересующий биофизиков ответ о концентрации тромбина. Библ. 8. Фиг. 7.

Журнал вычислительной математики и математической физики. 2023;63(9):1428-1437
pages 1428-1437 views

Численный метод оценки скорости роста ошибок округления в равномерной метрике

Зуев М.И., Сердюкова С.И.

Аннотация

В настоящей работе разработан численно-аналитический алгоритм оценки ошибок округления в равномерной метрике. Установлена их ограниченность на всем интервале вычисления вольт-амперных характеристик длинных джозефсоновских переходов при использовании предлагаемой схемы второго порядка точности. На примере системы двух разностных уравнений показано, как можно исследовать численно скорость роста ошибок округления в равномерной метрике в случае степенной неустойчивости. Кроме того, получены оценки скорости роста ошибок округления в раномерной метрике для схемы Русанова третьего порядка точности. Расчеты проводились на суперкомпьютере “Говорун” с использованием системы REDUCE. Библ. 9. Фиг. 6.

Журнал вычислительной математики и математической физики. 2023;63(9):1438-1445
pages 1438-1445 views

О единственности решения систем линейных алгебраических уравнений, к которым редуцируются обратные задачи гравиметрии и магнитометрии: региональный вариант

Колотов И.И., Лукьяненко Д.В., Степанова И.Э., Щепетилов А.В., Ягола А.Г.

Аннотация

Рассматриваются условия однозначной разрешимости систем линейных алгебраических уравнений, к решению которых редуцируются многие обратные задачи гравимагниторазведки. Математические постановки обратных задач выполняются с учетом сферичности планеты. Библ. 11. Фиг. 5.

Журнал вычислительной математики и математической физики. 2023;63(9):1446-1457
pages 1446-1457 views

ОПТИМАЛЬНОЕ УПРАВЛЕНИЕ

Безградиентные методы федеративного обучения с l1 и l2-рандомизацией для задач негладкой выпуклой стохастической оптимизации

Альашкар Б.А., Гасников А.В., Двинских Д.М., Лобанов А.В.

Аннотация

В статье исследуются негладкие задачи выпуклой стохастической оптимизации. С помощью техники сглаживания, базирующейся на замене значения функции в рассматриваемой точке усредненным значением функции по шару (в \({{l}_{1}}\)-норме или \({{l}_{2}}\)-норме) малого радиуса с центром в этой точке, исходная задача сводится к гладкой задаче (константа Липшица градиента которой обратно пропорционально радиусу шара). Важным свойством используемого сглаживания является возможность вычислять несмещенную оценку градиента сглаженной функции на основе только реализаций исходной функции. Полученную гладкую задачу стохастической оптимизации предлагается далее решать в распределенной архитектуре федеративного обучения (задача решается параллельно: узлы делают локальные шаги, например, стохастического градиентного спуска, потом коммуницируют – все со всеми, затем все это повторяется). Цель статьи – построить на базе современных достижений в области безградиентной негладкой оптимизации и в области федеративного обучения безградиентные методы решения задач негладкой стохастической оптимизации в архитектуре федеративного обучения. Библ. 22. Фиг. 3. Табл. 1.

Журнал вычислительной математики и математической физики. 2023;63(9):1458-1512
pages 1458-1512 views

ЧИСЛЕННЫЙ АЛГОРИТМ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ИСТОЧНИКА ДИФФУЗИОННО-ЛОГИСТИЧЕСКОЙ МОДЕЛИ ПО ДАННЫМ ИНТЕГРАЛЬНОГО ТИПА, ОСНОВАННЫЙ НА ТЕНЗОРНОЙ ОПТИМИЗАЦИИ

Звонарева Т.А., Кабанихин С.И., Криворотько О.И.

Аннотация

Разработан алгоритм численного решения задачи определения источника в модели распространения информации в синтетических онлайн социальных сетях, описываемой уравнениями типа “реакции–диффузии”, по дополнительной информации о процессе в фиксированные моменты времени. Исследована степень некорректности задачи определения источника в параболическом уравнении, основанная на анализе сингулярных чисел линеаризованного оператора обратной задачи. Разработанный алгоритм основан на комбинации метода тензорной оптимизации и градиентного спуска с учетом регуляризации А.Н. Тихонова. Численные расчеты демонстрируют наименьшую относительную погрешность восстановленного источника, полученную разработанным алгоритмом в сравнении с классическими подходами. Библ. 26. Фиг. 4. Табл. 2.

Журнал вычислительной математики и математической физики. 2023;63(9):1513-1523
pages 1513-1523 views

УРАВНЕНИЯ В ЧАСТНЫХ ПРОИЗВОДНЫХ

О взаимодействии граничных особых точек в одной эллиптической краевой задаче

Боговский А.М.

Аннотация

Статья продолжает построение \({{L}_{p}}\)-теории эллиптических краевых задач Дирихле и Неймана с разрывными кусочно-постоянными коэффициентами в дивергентной форме для неограниченной области \(\Omega \subset {{\mathbb{R}}^{2}}\) с кусочно \({{C}^{1}}\)-некомпактной липшицевой границей и \({{C}^{1}}\)-гладкими линиями разрыва коэффициентов. Ранее построенная \({{L}_{p}}\)-теория обобщается на случай несовпадения наименьших собственных значений, соответствующих конечной и бесконечной особым точкам, продолжая исследование эффекта их взаимодействия в функциональном классе с первыми производными из \({{L}_{p}}(\Omega )\) во всей шкале значений показателя \(p \in (1,\infty )\). Библ. 3. Фиг. 1.

Журнал вычислительной математики и математической физики. 2023;63(9):1524-1530
pages 1524-1530 views

Constructing Solutions of Cauchy Type Integral Equations by Using Four Kinds of Basis

Yaghobifar M., Shekarabi F.H.

Аннотация

Построение решений интегральных уравнений типа Коши с использованием четырех видов базиса

. Решение интегрального уравнения типа Коши выписано с помощью разложения по специальным функциям и в виде ряда Маклорена. Комбинируя эти представления, решение записано в виде удобных многочленов. Численная реализация предложенного алгоритма показала высокую точность и эффективность получаемого решения.

Журнал вычислительной математики и математической физики. 2023;63(9):1531
pages 1531 views

МАТЕМАТИЧЕСКАЯ ФИЗИКА

Добавление к классическому результату А.Н. Тихонова об электромагнитных зондированиях для среды с тонкими слоями

Барашков А.С.

Аннотация

Результат А.Н. Тихонова использует значения функции на отрезке, т.е. для восстановления среды требуется бесконечно много значений функции. В настоящей работе ставится вопрос: пусть известны только несколько значений этой функции, какую информацию о среде можно тогда получить? Ответ оказался максимально благоприятным. Если массив данных содержит k значений функции, то среду можно характеризовать таким же числом параметров. Библ. 6.

Журнал вычислительной математики и математической физики. 2023;63(9):1532-1536
pages 1532-1536 views

Обратные задачи для диффузионно-дрейфовой модели зарядки неоднородного полярного диэлектрика

Бризицкий Р.В., Максимова Н.Н., Масловская А.Г.

Аннотация

Исследуются задачи восстановления неизвестных параметров модели электронно-индуцированной зарядки неоднородного полярного диэлектрика по дополнительной информации об объемной плотности распределения заряда и напряженности электрического поля. В рамках оптимизационного подхода указанные обратные задачи сводятся к задачам управления и доказывается их разрешимость. Для экстремальных задач выводятся системы оптимальности и на основе их анализа доказывается локальная единственность решения одной из рассматриваемых задач. С учетом введенной характеристики неоднородности диэлектрика корректируются вспомогательные результаты о разрешимости и свойствах решений краевой задачи, полученные ранее для модели зарядки однородного диэлектрика. Библ. 31.

Журнал вычислительной математики и математической физики. 2023;63(9):1537-1552
pages 1537-1552 views

Three-Dimensional Numerical Transfer Model Using a Monotonized Z-Scheme

Kashchenko N.M., Ishanov S.A., Zubkov E.V., Zinin L.V.

Аннотация

Трехмерная численная модель переноса с использованием монотонизированной Z-схем

. Целью работы является исследование трехмерной конечно-разностной монотонизированной схемы второго порядка точности для уравнения переноса. Исследование проведено для модельных трехмерных уравнений переноса несжимаемой среды. В работе исследуются свойства трехмерного обобщения Z-схемы с нелинейной коррекцией. Данная работа является развитием предыдущих работ автора, в которых построена нелинейная коррекция одномерных уравнений переноса. При коррекции предложенная схема использует вместо потоков их аналог – “косые разности”, содержащие значения из разных временных слоев. Численно исследована монотонность полученной нелинейной схемы для семейства функций-ограничителей, как для гладких решений, так и для негладких непрерывных решений. Построенная схема является абсолютно устойчивой, но теряет свойство монотонности при превышении шага Куранта. Отличительной особенностью предложенной конечно-разностной схемы является минимальность ее шаблона. Построенная численная схема предназначена для моделей плазменных неустойчивостей различных масштабов в низкоширотной ионосферной плазме Земли. Одна из реальных задач, при решении которых возникают подобные уравнения, – это численное моделирование сильно нестационарных среднемасштабных и мелкомасштабных процессов в низкоширотной ионосфере Земли в условиях возникновения неустойчивости Рэлея–Тейлора и неустойчивостей других типов, что приводит к явлению F-рассеяния. Вследствие того, что процессы переноса в ионосферной плазме контролируются магнитным полем, в поперечном к магнитному полю направлению предполагается выполнение условия несжимаемости плазмы.

Журнал вычислительной математики и математической физики. 2023;63(9):1553
pages 1553 views

Универсальный подход к анализу диссипативных свойств численного метода решения уравнений газодинамики

Чувахов П.В., Погорелов И.О., Шубин К.В.

Аннотация

Предложен универсальный подход к верификации численного метода решения уравнений Навье–Стокса, который позволяет надежно оценивать его диссипативные свойства. Подход основан на явлении вязкого затухания слабых элементарных возмущений, распространяющихся в однородном потоке. Соответствующее теоретическое решение позволяет определить порядок сходимости численного метода. Библ. 8. Фиг. 5.

Журнал вычислительной математики и математической физики. 2023;63(9):1554-1563
pages 1554-1563 views

The Effect of Nonlocal Scale Value and Phase Lags on Thermoelastic Waves in a Multilayered LEMV/CFRP Composite Cylinder

Mahesh S., Selvamani R., Ebrahimi F.

Аннотация

Влияние нелокальных масштабных значений и запаздываний по фазе на термоупругие волны в многослойном специальном композитном цилиндре из углепластика

. Изучено влияние нелокального масштабного значения и двухфазных запаздываний на собственные колебания обобщенного линейного термоупругого многослойного композитного цилиндра из углепластика. Основные уравнения движения записаны вдоль продольной оси, и с использованием разделения переменных получена система дифференциальных уравнений. Краевым условием полагается отсутствие напряжений на внутренней и внешней границе, а также на поверхности раздела фаз. С помощью численных расчетов получены результаты для сдвига частоты, собственной частоты и термоупругого демпфирования. Результаты показывают, что нелокальный масштаб и параметры запаздывания по фазе существенно изменяют характер собственных колебаний.

Журнал вычислительной математики и математической физики. 2023;63(9):1564
pages 1564 views

Влияние демпфирования податливой поверхности на невязкую неустойчивость несжимаемого пограничного слоя над ней

Савенков И.В.

Аннотация

В рамках асимптотической теории свободного взаимодействия изучена неустойчивость несжимаемого пограничного слоя над податливой пластиной по отношению к невязким возмущениям в пределе высоких чисел Рейнольдса. Показано, что неустойчивые невязкие возмущения могут существовать только при учете инерционности и/или демпфирования пластины. Выявлена двоякая роль демпфирования: при одних условиях она приводит к подавлению неустойчивости, при других – к ее возникновению. Библ. 18. Фиг. 6.

Журнал вычислительной математики и математической физики. 2023;63(9):1565-1574
pages 1565-1574 views

ИНФОРМАТИКА

Агрегирование и декомпозиция систем дифференциальных уравнений с частными производными и систем управления с распределенными параметрами

Елкин В.И.

Аннотация

Рассматривается вопрос об агрегировании (укрупненном, упрощенном представлении) систем дифференциальных уравнений с частными производными и систем управления с распределенными параметрами. Получены условия декомпозиции на основе агрегирования. Библ. 14.

Журнал вычислительной математики и математической физики. 2023;63(9):1575-1586
pages 1575-1586 views

Данный сайт использует cookie-файлы

Продолжая использовать наш сайт, вы даете согласие на обработку файлов cookie, которые обеспечивают правильную работу сайта.

О куки-файлах