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

Том 64, № 5 (2024)

Обложка

Весь выпуск

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

ОБЩИЕ ЧИСЛЕННЫЕ МЕТОДЫ

ЧИСЛЕННО-АНАЛИТИЧЕСКИЙ МЕТОД ДЕКОМПОЗИЦИОННО-АВТОКОМПЕНСАЦИОННОГО РЕШЕНИЯ ЗАДАЧИ РАСПОЗНАВАНИЯ СИГНАЛОВ ПО РЕЗУЛЬТАТАМ НЕКОРРЕКТНЫХ НАБЛЮДЕНИЙ

Булычев Ю.Г.

Аннотация

Развивается численно-аналитический метод решения задачи оптимального распознавания совокупности возможных сигналов, наблюдаемых в виде аддитивной смеси, содержащей не только флуктуационную погрешность наблюдений (с неизвестным статистическим законом распределения), но и сингулярную помеху (с параметрической неопределенностью). Он позволяет не только обнаруживать сигналы, присутствующие в смеси, но и оценивать их параметры, в рамках заданного критерия качества и сопутствующих ограничений. Предлагаемый метод, реализованный на идее обобщенного инвариантно-несмещенного оценивания значений линейных функционалов, обеспечивает декомпозицию вычислительной процедуры и автокомпенсацию сингулярной помехи, не прибегая к традиционному расширению пространства состояний. Для параметрического конечномерного представления сигналов и помехи используются линейные спектральные разложения в заданных функциональных базисах, для описания погрешности наблюдений достаточно знания лишь ее корреляционной матрицы. Анализируются случайные и методические погрешности, приводится иллюстративный пример. Библ. 35.
Журнал вычислительной математики и математической физики. 2024;64(5):699-712
pages 699-712 views

ЕЩЕ РАЗ ОБ ОДНОВРЕМЕННОМ ПРИВЕДЕНИИ ЮНИТОИДОВ К ДИАГОНАЛЬНОМУ ВИДУ

Икрамов Х.Д.

Аннотация

Настоящая заметка представляет собой дополнение к статье, опубликованной автором на ту же тему ранее. Ее назначение в том, чтобы точнее охарактеризовать пары юнитоидов, допускающих одновременное приведение к диагональному виду. Библ. 15.
Журнал вычислительной математики и математической физики. 2024;64(5):729-731
pages 729-731 views

СПЕКТРАЛЬНЫЕ МЕТОДЫ РЕШЕНИЯ ДИФФЕРЕНЦИАЛЬНЫХ И ФУНКЦИОНАЛЬНЫХ УРАВНЕНИЙ

Варин В.П.

Аннотация

Операторный подход, развитый ранее для спектрального метода, использующего полиномы Лежандра, здесь обобщается на любые системы базисных функций (необязательно ортогональных), удовлетворяющих всего двум условиям: результат операции умножения на x либо дифференцирования по x выражается в тех же функциях. Все системы классических ортогональных полиномов удовлетворяют этим условиям. В частности, построен спектральный метод, использующий полиномы Чебышёва, который наиболее эффективен для численных расчетов. Этот метод применяется для численного решения линейных функциональных уравнений, которые возникают в задачах обобщенного суммирования рядов, а также в задачах аналитического продолжения дискретных отображений. Показано также, как этими методами решаются нестандартные и нелинейные краевые задачи, для которых обычные алгоритмы не применимы. Библ. 9.
Журнал вычислительной математики и математической физики. 2024;64(5):713-728
pages 713-728 views

ОПТИМАЛЬНОЕ УПРАВЛЕНИЕ

О СУЩЕСТВОВАНИИ ОПТИМАЛЬНОГО УПРАВЛЕНИЯ ПОЛУЛИНЕЙНЫМ ЭВОЛЮЦИОННЫМ УРАВНЕНИЕМ С НЕОГРАНИЧЕННЫМ ОПЕРАТОРОМ

Чернов А.В.

Аннотация

Исследуется задача оптимального управления абстрактным полулинейным дифференциальным уравнением первого порядка по времени в гильбертовом пространстве, с неограниченным оператором и линейно входящим в правую часть управлением. Целевой функционал предполагается аддитивно разделенным по состоянию и управлению, при зависимости от состояния достаточно общего вида. Для этой задачи доказывается теорема существования оптимального управления, а также устанавливаются свойства множества оптимальных управлений. В связи с нелинейностью изучаемого уравнения, развиваются ранее полученные автором результаты о тотальном сохранении однозначной глобальной разрешимости (о тотально глобальной разрешимости) и об оценке решений для подобных уравнений. Указанная оценка оказывается существенной при проведении исследования. В качестве примеров рассматриваются нелинейное уравнение теплопроводности и нелинейное волновое уравнение. Библ. 22.
Журнал вычислительной математики и математической физики. 2024;64(5):745-765
pages 745-765 views

АСИМПТОТИКА РЕШЕНИЯ БИСИНГУЛЯРНОЙ ЗАДАЧИ ОПТИМАЛЬНОГО РАСПРЕДЕЛЕННОГО УПРАВЛЕНИЯ В ВЫПУКЛОЙ ОБЛАСТИ С МАЛЫМ ПАРАМЕТРОМ ПРИ ОДНОЙ ИЗ СТАРШИХ ПРОИЗВОДНЫХ

Данилин А.Р.

Аннотация

Рассматривается задача оптимального распределенного управления в плоской строго выпуклой области с гладкой границей и малым параметром при одной из старших производных эллиптического оператора. На границе области в этой задаче задано нулевое условие Дирихле, а управление аддитивно входит в неоднородность. В качестве множества допустимых управлений используется единичный шар в соответствующем пространстве функций, суммируемых с квадратом. Решения получающихся краевых задач рассматриваются в обобщенном смысле как элементы некоторого гильбертова пространства. В качестве критерия оптимальности выступает сумма квадрата нормы отклонения состояния от заданного и квадрата нормы управления с некоторым коэффициентом. Такая структура критерия оптимальности позволяет при необходимости усилить роль либо первого, либо второго слагаемого в этом критерии. В первом случае более важным является достижение заданного состояния, а во втором случае — минимизация ресурсных затрат. Подробно изучена асимптотика задачи, порожденная дифференциальным оператором второго порядка с малым коэффициентом при одной из старших производных, к которому прибавлен дифференциальный оператор нулевого порядка. Библ. 15.
Журнал вычислительной математики и математической физики. 2024;64(5):732-744
pages 732-744 views

ОБЫКНОВЕННЫЕ ДИФФЕРЕНЦИАЛЬНЫЕ УРАВНЕНИЯ

СКОРОСТЬ СХОДИМОСТИ АЛГОРИТМОВ РЕШЕНИЯ ЛИНЕЙНОГО УРАВНЕНИЯ МЕТОДОМ КВАНТОВОГО ОТЖИГА

Тихомиров С.Б., Шалгин В.С.

Аннотация

Рассмотрены различные итеративные алгоритмы решения линейного уравнения ax = b с помощью квантового вычислительного устройства, работающего по принципу квантового отжига. В предположении, что результат работы компьютера описывается распределением Больцмана, показано, при каких условиях алгоритмы решения уравнения сходятся, и дана оценка скорости их сходимости. Рассмотрено применение данного подхода для алгоритмов, использующих как бесконечное количество кубитов, так и малое количество кубитов. Библ. 31. Фиг. 2.
Журнал вычислительной математики и математической физики. 2024;64(5):766-779
pages 766-779 views

УРАВНЕНИЯ В ЧАСТНЫХ ПРОИЗВОДНЫХ

ТОЖДЕСТВА ДЛЯ МЕР ОТКЛОНЕНИЙ ОТ РЕШЕНИЙ ПАРАБОЛО-ГИПЕРБОЛИЧЕСКИХ УРАВНЕНИЙ

Репин С.И.

Аннотация

В статье получены интегральные тождества, которые выполняются для разности между точным решением начально-краевой задачи для парабологиперболического уравнения и любой функцией из соответствующего энергетического класса. Тождества позволяют получать двусторонние апостериорные оценки для приближенных решений соответствующей задачи Коши. Левая часть оценки представляет собой естественную меру отклонения от решения, а правая зависит только от данных задачи и самого приближенного решения и поэтому может быть явно вычислена. Полученные оценки используются для сравнения решений задач Коши для параболического уравнения и парабологиперболического уравнения с малым параметром при второй производной по времени. Также оценки позволяют количественно оценить эффекты, возникающие из-за неточности начальных данных и коэффициентов уравнения. Библ. 16. Фиг. 5.
Журнал вычислительной математики и математической физики. 2024;64(5):819-834
pages 819-834 views

ОБ ОДНОМ МЕТОДЕ ЧИСЛЕННОГО РЕШЕНИЯ ЗАДАЧИ КОШИ ДЛЯ СИНГУЛЯРНО ВОЗМУЩЕННЫХ ДИФФЕРЕНЦИАЛЬНЫХ УРАВНЕНИЙ

Маслов Д.А.

Аннотация

В работе предлагается новый способ численного решения нелинейных жестких задач, основанный на численной реализации метода голоморфной регуляризации задачи Коши для сингулярно возмущенных нелинейных дифференциальных уравнений. Библ. 31. Фиг. 6. Табл. 4.
Журнал вычислительной математики и математической физики. 2024;64(5):804-818
pages 804-818 views

ФУНКЦИЯ ГРИНА ЗАДАЧИ РИКЬЕ-НЕЙМАНА ДЛЯ ПОЛИГАРМОНИЧЕСКОГО УРАВНЕНИЯ В ЕДИНИЧНОМ ШАРЕ

Карачик В.В.

Аннотация

Строится функция Грина задачи Рикье—Неймана для полигармонического уравнения в единичном шаре и приводится интегральное представление решений задачи Рикье—Неймана. Приведены два примера. Библ. 26.
Журнал вычислительной математики и математической физики. 2024;64(5):791-803
pages 791-803 views

О СТРУКТУРЕ ВИНТОВЫХ ОСЕСИММЕТРИЧНЫХ РЕШЕНИЙ СИСТЕМЫ НАВЬЕ-СТОКСА ДЛЯ НЕСЖИМАЕМОЙ ЖИДКОСТИ

Галкин В.А.

Аннотация

Получен класс точных решений уравнений Навье—Стокса для осесимметричного вихревого течения несжимаемой жидкости. Выделены инвариантные многообразия течений, обладающих вращательной симметрией относительно заданной оси в трехмерном координатном пространстве, приведено описание структуры решений. Установлено, что типичными инвариантными областями таких течений являются фигуры вращения, гомеоморфные тору, образующие структуру топологического расслоения, например, в шаре, цилиндре и в общих комплексах, составленных из таких фигур. Полученные результаты распространяются на подобные решения системы уравнений МГД, уравнения электродинамики Максвелла, обладающие в ℝ3 аналогичными свойствами. Приведены примеры осесимметричных вихревых векторных полей и порожденных ими топологических расслоений на многообразиях в ℝ3, инвариантных относительно динамических систем, задаваемых этими полями. Библ. 23. Фиг. 3.
Журнал вычислительной математики и математической физики. 2024;64(5):780-790
pages 780-790 views

МАТЕМАТИЧЕСКАЯ ФИЗИКА

К ВОПРОСУ ОБ ОДНОВРЕМЕННОМ ОПРЕДЕЛЕНИИ ПЛОТНОСТИ РАСПРЕДЕЛЕНИЯ ЭКВИВАЛЕНТНЫХ ПО ВНЕШНЕМУ ПОЛЮ ИСТОЧНИКОВ И СПЕКТРА ПОЛЕЗНОГО СИГНАЛА

Степанова И.Э., Лукьяненко Д.В., Колотов И.И., Шепетилов А.В., Ягола А.Г., Керимов И.А., Левашов А.Н.

Аннотация

В статье исследуется возможность одновременного восстановления эквивалентных по внешнему полю источников и спектральных характеристик полезного сигнала. Приводятся примеры вариационных постановок для различных версий метода линейных интегральных представлений, а также формулируется задача о нахождении плотности распределения гравитирующих или магнитных масс на нескольких горизонтальных плоскостях и преобразования Фурье элемента аномального поля по известным в точках некоторой сети наблюдений значениям сигнала, осложненного помехой. Библ.17.
Журнал вычислительной математики и математической физики. 2024;64(5):867-880
pages 867-880 views

ПРИМЕНЕНИЕ СХЕМ CABARET И WENO ДЛЯ РЕШЕНИЯ НЕЛИНЕЙНОГО УРАВНЕНИЯ ПЕРЕНОСА В ЗАДАЧЕ МОДЕЛИРОВАНИЯ РАСПРОСТРАНЕНИЯ ВОЛНЫ ЗВУКОВОГО УДАРА В АТМОСФЕРЕ

Мищенко П.А., Гимон Т.А., Колотилов В.А., Кудрявцев А.Н.

Аннотация

Наиболее удобной моделью описания явления распространения волн звукового удара в атмосфере является расширенное уравнение Бюргерса. В настоящей работе исследовалось влияние численной схемы на результат решения уравнения, учитывающего нелинейный характер распространения в атмосфере волн звукового удара. Это уравнение является ключевым компонентом расширенного уравнения Бюргерса и определяет характер трансформации профиля возмущенного давления при его распространении. Для решения применялись две численные схемы: CABARET и WENO, квазимонотонные сквозные счетные схемы, позволяющие получить решение без значительных численных осцилляций. Проводился анализ применимости данных схем для решения рассматриваемой задачи. Библ. 19. Фиг. 12.
Журнал вычислительной математики и математической физики. 2024;64(5):852-866
pages 852-866 views

ИССЛЕДОВАНИЕ И ОПТИМИЗАЦИЯ N-ЧАСТИЧНОГО ЧИСЛЕННОГО СТАТИСТИЧЕСКОГО АЛГОРИТМА РЕШЕНИЯ УРАВНЕНИЯ БОЛЬЦМАНА

Лотова Г.З., Михайлов Г.А., Рогазинский С.В.

Аннотация

Основной целью работы является проверка гипотезы о том, что известный N-частичный статистический алгоритм дает оценку решения нелинейного уравнения Больцмана с погрешностью порядка O(1/N). Для этого определяются практически важные оптимальные соотношения между значением N и числом n выборочных значений оценки. Численные результаты для задачи с известным решением подтверждают удовлетворительность сформулированных оценок и выводов. Библ.14. Табл.3.
Журнал вычислительной математики и математической физики. 2024;64(5):842-851
pages 842-851 views

ОБ УСТОЙЧИВОСТИ СХЕМЫ СТАБИЛИЗИРУЮЩЕЙ ПОПРАВКИ С ЦЕНТРАЛЬНЫМИ РАЗНОСТЯМИ ПО ПРОСТРАНСТВЕННЫМ ПЕРЕМЕННЫМ ДЛЯ 3-МЕРНОГО УРАВНЕНИЯ ПЕРЕНОСА

Жуков В.П.

Аннотация

Принято считать, что схема стабилизирующей поправки с центральными разностями по пространственным переменным для уравнения переноса в 3-мерном случае является условно устойчивой. В настоящей работе показано, что, строго говоря, эта схема абсолютно неустойчива. Однако область неустойчивых гармоник в пространстве волновых векторов и величина их инкрементов быстро стремятся к нулю при стремлении параметра Куранта к нулю, что позволяет успешно использовать эту схему. Поэтому правильнее говорить о практически условной устойчивости данной схемы. Библ. 3. Фиг. 4.
Журнал вычислительной математики и математической физики. 2024;64(5):835-841
pages 835-841 views

РАСЧЕТ НАГРЕВА ПЛАЗМЫ ЗАРЯЖЕННЫМИ ПРОДУКТАМИ ТЕРМОЯДЕРНЫХ РЕАКЦИЙ НА ОСНОВЕ УПРОЩЕННОГО УРАВНЕНИЯ ФОККЕРА-ПЛАНКА

Хищенко К.В., Чарахчья А.А.

Аннотация

Создана двухслойная по времени схема расчета упрощенного кинетического уравнения Фоккера-Планка применительно к переносу заряженных продуктов термоядерной реакции, которая включает в себя интерполяционную процедуру в 4-мерном сеточном пространстве. Обнаружена неустойчивость схемы при малых значениях скорости частицы и специальном выборе скорости торможения частицы в поле иона, которая входит в кинетическое уравнение в качестве параметра. Показано, что условие термализации, которое запрещает расчет кинетического уравнения для частицы с энергией меньше средней энергии иона, существенно ограничивает число термоядерных реакций, где неустойчивость может проявиться. Схема тестирована на задаче релаксации к стационарному состоянию и на задаче с заданной зависимостью от времени скорости термоядерной реакции, для которой можно найти точное решение кинетического уравнения. Библ. 16. Фиг. 7.
Журнал вычислительной математики и математической физики. 2024;64(5):881-892
pages 881-892 views