Skip to main content
CenXiv.org
此网站处于试运行阶段,支持我们!
我们衷心感谢所有贡献者的支持。
贡献
赞助
cenxiv logo > physics > arXiv:2505.02320

帮助 | 高级搜索

物理学 > 地球物理

arXiv:2505.02320 (physics)
[提交于 2025年5月5日 ]

标题: 最优精确算子用于偏微分方程

标题: Optimally accurate operators for partial differential equations

Authors:Nobuaki Fuji, Thibault Duretz
摘要: 在本文中,我们推广了在一系列关于地震波传播模拟的研究中提出并使用的\textit{最优精确算子}概念,特别是在 Geller \& Takeuchi (1995) 的研究基础上。 尽管这些算子在数学和数值上已经被证明比传统方法更准确,但该理论是专门针对线性弹性连续介质的动力学方程开发的。 此外,原始理论要求由于低阶截断导致的每一项误差补偿,在误差估计过程中这限制了将其应用到由偏微分方程描述的其他类型的物理现象。 在这里,我们提出了一种新的方法,可以自动推导任意偏微分方程的数值算子。 这些涉及少量时间和空间节点(紧凑型算子)的算子比传统的更准确,并且不需要网格划分。 我们的方法评估了以泰勒展开为辅助工具发展起来的动力学方程的弱形式。 我们建立了新方法与经典最优精度算子之间的联系,表明它们在均匀介质中产生相同的系数。 最后,我们在各种非均匀介质中进行了1D泊松问题的基准测试。 基准测试展示了我们的方法相比传统算子的优越性,即使使用一组线性B样条测试函数(三点帽函数)时也是如此。 然而,收敛率可能依赖于材料属性的波长:当材料属性具有与场相同的波长时,收敛率为O(4),而对于其他模型,它可能较不高效,为O(2)。
摘要: In this contribution, we generalize the concept of \textit{optimally accurate operators} proposed and used in a series of studies on the simulation of seismic wave propagation, particularly based on Geller \& Takeuchi (1995). Although these operators have been mathematically and numerically proven to be more accurate than conventional methods, the theory was specifically developed for the equations of motion in linear elastic continuous media. Furthermore, the original theory requires compensation for errors from each term due to truncation at low orders during the error estimation, which has limited its application to other types of physics described by partial differential equations. Here, we present a new method that can automatically derive numerical operators for arbitrary partial differential equations. These operators, which involve a small number of nodes in time and space (compact operators), are more accurate than conventional ones and do not require meshing. Our method evaluates the weak formulation of the equations of motion, developed with the aid of Taylor expansions. We establish the link between our new method and the classic optimally accurate operators, showing that they produce identical coefficients in homogeneous media. Finally, we perform a benchmark test for the 1D Poisson problem across various heterogeneous media. The benchmarks demonstrate the superiority of our method compared to conventional operators, even when using a set of linear B-spline test functions (three-point hat functions). However, the convergence rate can depend on the wavelength of the material property: when the material property has the same wavelength as that of the field, the convergence rate is O(4), whereas it can be less efficient O(2) for other models.
主题: 地球物理 (physics.geo-ph) ; 数值分析 (math.NA)
引用方式: arXiv:2505.02320 [physics.geo-ph]
  (或者 arXiv:2505.02320v1 [physics.geo-ph] 对于此版本)
  https://doi.org/10.48550/arXiv.2505.02320
通过 DataCite 发表的 arXiv DOI

提交历史

来自: Nobuaki Fuji Fuji [查看电子邮件]
[v1] 星期一, 2025 年 5 月 5 日 02:29:19 UTC (1,113 KB)
全文链接:

获取论文:

    查看标题为《》的 PDF
  • 查看中文 PDF
  • 查看 PDF
  • HTML(实验性)
  • TeX 源代码
  • 其他格式
查看许可
当前浏览上下文:
physics.geo-ph
< 上一篇   |   下一篇 >
新的 | 最近的 | 2025-05
切换浏览方式为:
cs
cs.NA
math
math.NA
physics

参考文献与引用

  • NASA ADS
  • 谷歌学术搜索
  • 语义学者
a 导出 BibTeX 引用 加载中...

BibTeX 格式的引用

×
数据由提供:

收藏

BibSonomy logo Reddit logo

文献和引用工具

文献资源探索 (什么是资源探索?)
连接的论文 (什么是连接的论文?)
Litmaps (什么是 Litmaps?)
scite 智能引用 (什么是智能引用?)

与本文相关的代码,数据和媒体

alphaXiv (什么是 alphaXiv?)
CatalyzeX 代码查找器 (什么是 CatalyzeX?)
DagsHub (什么是 DagsHub?)
Gotit.pub (什么是 GotitPub?)
Hugging Face (什么是 Huggingface?)
带有代码的论文 (什么是带有代码的论文?)
ScienceCast (什么是 ScienceCast?)

演示

复制 (什么是复制?)
Hugging Face Spaces (什么是 Spaces?)
TXYZ.AI (什么是 TXYZ.AI?)

推荐器和搜索工具

影响之花 (什么是影响之花?)
核心推荐器 (什么是核心?)
IArxiv 推荐器 (什么是 IArxiv?)
  • 作者
  • 地点
  • 机构
  • 主题

arXivLabs:与社区合作伙伴的实验项目

arXivLabs 是一个框架,允许合作伙伴直接在我们的网站上开发和分享新的 arXiv 特性。

与 arXivLabs 合作的个人和组织都接受了我们的价值观,即开放、社区、卓越和用户数据隐私。arXiv 承诺这些价值观,并且只与遵守这些价值观的合作伙伴合作。

有一个为 arXiv 社区增加价值的项目想法吗? 了解更多关于 arXivLabs 的信息.

这篇论文的哪些作者是支持者? | 禁用 MathJax (什么是 MathJax?)
  • 关于
  • 帮助
  • contact arXivClick here to contact arXiv 联系
  • 订阅 arXiv 邮件列表点击这里订阅 订阅
  • 版权
  • 隐私政策
  • 网络无障碍帮助
  • arXiv 运营状态
    通过...获取状态通知 email 或者 slack

京ICP备2025123034号