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Strong Consistency and Thomas Decomposition of Finite Difference Approximations to Systems of Partial Differential Equations
arXiv - CS - Symbolic Computation Pub Date : 2020-09-03 , DOI: arxiv-2009.01731 Vladimir P. Gerdt, Daniel Robertz, Yuri A. Blinkov
arXiv - CS - Symbolic Computation Pub Date : 2020-09-03 , DOI: arxiv-2009.01731 Vladimir P. Gerdt, Daniel Robertz, Yuri A. Blinkov
For a wide class of polynomially nonlinear systems of partial differential
equations we suggest an algorithmic approach that combines differential and
difference algebra to analyze s(trong)-consistency of finite difference
approximations. Our approach is applicable to regular solution grids. For the
grids of this type we give a new definition of s-consistency for finite
difference approximations which generalizes our definition given earlier for
Cartesian grids. The algorithmic verification of s-consistency presented in the
paper is based on the use of both differential and difference Thomas
decomposition. First, we apply the differential decomposition to the input
system, resulting in a partition of its solution space. Then, to the output
subsystem that contains a solution of interest we apply a difference analogue
of the differential Thomas decomposition which allows to check the
s-consistency. For linear and some quasi-linear differential systems one can
also apply difference \Gr bases for the s-consistency analysis. We illustrate
our methods and algorithms by a number of examples, which include Navier-Stokes
equations for viscous incompressible flow.
中文翻译:
偏微分方程组有限差分逼近的强一致性和 Thomas 分解
对于偏微分方程的一大类多项式非线性系统,我们建议采用一种算法方法,该方法结合微分代数和差分代数来分析有限差分近似的 s(trong)-一致性。我们的方法适用于常规解网格。对于这种类型的网格,我们给出了有限差分近似的 s 一致性的新定义,它概括了我们之前为笛卡尔网格给出的定义。论文中提出的 s 一致性的算法验证基于差分和差分 Thomas 分解的使用。首先,我们将微分分解应用于输入系统,从而对其解空间进行划分。然后,对于包含感兴趣的解决方案的输出子系统,我们应用差分 Thomas 分解的差分模拟,它允许检查 s 一致性。对于线性和一些准线性微分系统,还可以应用差分 \Gr 基进行 s 一致性分析。我们通过许多示例来说明我们的方法和算法,其中包括用于粘性不可压缩流动的 Navier-Stokes 方程。
更新日期:2020-09-04
中文翻译:
偏微分方程组有限差分逼近的强一致性和 Thomas 分解
对于偏微分方程的一大类多项式非线性系统,我们建议采用一种算法方法,该方法结合微分代数和差分代数来分析有限差分近似的 s(trong)-一致性。我们的方法适用于常规解网格。对于这种类型的网格,我们给出了有限差分近似的 s 一致性的新定义,它概括了我们之前为笛卡尔网格给出的定义。论文中提出的 s 一致性的算法验证基于差分和差分 Thomas 分解的使用。首先,我们将微分分解应用于输入系统,从而对其解空间进行划分。然后,对于包含感兴趣的解决方案的输出子系统,我们应用差分 Thomas 分解的差分模拟,它允许检查 s 一致性。对于线性和一些准线性微分系统,还可以应用差分 \Gr 基进行 s 一致性分析。我们通过许多示例来说明我们的方法和算法,其中包括用于粘性不可压缩流动的 Navier-Stokes 方程。