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有限时间Lyapunov指数的高精度计算新方法
  • ISSN号:1000-3290
  • 期刊名称:《物理学报》
  • 时间:0
  • 分类:O415.5[理学—理论物理;理学—物理]
  • 作者机构:[1]国防科学技术大学计算机学院,长沙410073, [2]国防科学技术大学,计算机学院并行与分布处理重点实验室,长沙410073
  • 相关基金:国家自然科学基金(批准号:41475094,41105063,41375105)和高分青年创新基金项目(批准号:GFZX04060103-5-19)资助的课题.
中文摘要:

针对目前有限时间Lyapunov指数(FTLE)计算方法准确度不高和无法获得边界值的问题,基于对偶数理论提出了一种新的高精度计算方法。首先描述了基于有限空间差分方法计算FTLE的缺点和问题;其次介绍了基于对偶数理论的高精度导数计算方法及其显著优点,并将动力系统的柯西-格林形变张量计算问题转化为对偶数空间中非线性微分方程数值求解问题;最后对单摆和非线性Duffing振子两个典型物理动力系统进行了数值实验。结果表明:基于对偶数理论的新方法能有效、方便和高精度地计算出有限时间Lyapunov指数场,并成功识别出所包含的拉格朗日相关结构。

英文摘要:

Aiming at the shortcomings of current method of calculating finite-time Lyapunov exponent (FTLE), such as low accuracy, inability to obtain boundary values, etc., a method of highly accurately computing FTLE is proposed based on dual number theory. Firstly, the weakness and disadvantages of the finite difference method used widely for computing FTLE are described. Secondly, the dual number theory is introduced to evaluate the derivatives accurately and efficiently, and its distinct virtues are also presented. The computation of Cauchy-Green deformation tensors for a dynamical system is transformed into a numerical integration problem of solving the nonlinear ordinary differential equation in dual number space by the new method. Finally, the proposed method is applied to typical pendulum system and nonlinear Duffing oscillator separately. The results of simulation experiments indicate that the new method is effective, convenient and accurate for computing the field of FTLE, from which Lagrangian coherent structures can be identified successfully.

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期刊信息
  • 《物理学报》
  • 北大核心期刊(2011版)
  • 主管单位:中国科学院
  • 主办单位:中国物理学会 中国科学院物理研究所
  • 主编:欧阳钟灿
  • 地址:北京603信箱(中国科学院物理研究所)
  • 邮编:100190
  • 邮箱:apsoffice@iphy.ac.cn
  • 电话:010-82649026
  • 国际标准刊号:ISSN:1000-3290
  • 国内统一刊号:ISSN:11-1958/O4
  • 邮发代号:2-425
  • 获奖情况:
  • 1999年首届国家期刊奖,2000年中科院优秀期刊特等奖,2001年科技期刊最高方阵队双高期刊居中国期刊第12位
  • 国内外数据库收录:
  • 美国化学文摘(网络版),荷兰文摘与引文数据库,美国工程索引,美国科学引文索引(扩展库),英国科学文摘数据库,日本日本科学技术振兴机构数据库,中国中国科技核心期刊,中国北大核心期刊(2004版),中国北大核心期刊(2008版),中国北大核心期刊(2011版),中国北大核心期刊(2014版),中国北大核心期刊(2000版)
  • 被引量:49876