数学 > 数值分析
[提交于 2025年4月14日
(v1)
,最后修订 2025年4月15日 (此版本, v2)]
标题: 在Vlasov-Poisson系统中,应优化哪种度量以抑制不稳定性?
标题: What metric to optimize for suppressing instability in a Vlasov-Poisson system?
摘要: 稳定等离子体动力学是通过核聚变生成绿色能源的重要任务。 一种常见的策略是引入外部场以防止等离子体分布发展出湍流。 然而,即使对于简化的模型,如Vlasov-Poisson(VP)系统,高效找到这样的外部场仍然是一个开放问题。 在本工作中,我们采用两种不同的方法来构建这样的场:对于第一种方法,我们利用VP系统的色散关系的解析推导,找到一组可能抑制不稳定的合理场,提供定性建议。 对于第二种方法,我们利用PDE约束优化,使用不同的损失函数获得局部最优场。 由于系统的稳定性可以通过几种不同的方式表征,目标函数需要相应地进行调整。 我们通过大量的数值测试表明,诸如相对熵(KL散度)和$L^{2}$范数的目标函数会导致高度非凸的问题,使得全局最小值难以找到。 然而,我们表明,将系统的电能作为损失函数是有优势的,因为它在全局最小值附近有一个大的凸盆地。 不幸的是,在盆地之外,电能景观由非物理的平坦局部最小值组成,因此良好的初始猜测对于优化问题的整体收敛至关重要,尤其是对于具有自适应步长的求解器。
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