基于偏微分方程(PDE)的非线性流形计算
2015-11-29李以增
李以增
(杭州电子科技大学,浙江 杭州 310018)
基于偏微分方程(PDE)的非线性流形计算
PDEbasednonlinear manifold computing
李以增
(杭州电子科技大学,浙江 杭州 310018)
如果想要对系统动力学的特征进行充分的了解,就离不开不变流形的计算。通常情况下,采用解析表达式求解的方法是无法计算不变流形的,只可以采用数值计算的方法。本文思路是:将流形局部参数化,转换成对类线性偏微分方程(PDE)进行求解,欧拉体系的建立可以提高求解偏微分方程的效率,然后在建立Lorenz模型的基础上做了仿真的实验。
偏微分方程;非线性;流形计算
在2004年,Vladimirsky与 Guckenheimer两人共同提出PDE 算法,这种算法可以迅速逼近不变流形算法。有关对微分方程进行求解的问题,在这种算法中可以完全避免,所以属于一阶逼近不变流形,流形余维(n—k)越高,运算新增加网格点的量就越大,因此和其他的一些算法相比较,其精度并不高。如今,对于任意维当中的二维不变流形的计算,比较适合采用PDE 算法。
1 PDE算法
1.1 计算流形上点
若方程不变流形的局部参数化是曲线y= (x,g(x)) = (x1,x2,g(x1,x2)),那么曲线g(x1,x2)切线向量是f,所以可以得到如下的方程:

不难看出,方程(1)属于一阶类线性PDE方程。
将方程(1)离散化,采用的是Euler法,假设G(x1,x2)是分段线性逼近g(x1,x2)的,将三角形 yy1y2进行充分地考虑,在这里:




图1 有关方程(2)求解的几何解释
式(2)采用Newton—Raphson 的方式就能够将G (x)解出来,如果不是一般的情况,情况比较特殊的话,方程(1)的求解可能更容易。所以进行局部条件的选取,使G(x1)=G(x2)=0,若假设 y=(x,0),三角形yy1y2上面的单位法向量为ω,那么对于方程(2)的求解就可以转化为找α∈R,使 y=˜y+ αω,f(y+αω)在y1y2的平面之中。……
