matlab:五点中心差分求解Navier边界的Biharmonic方程(具有纳维尔边界的双调和方程)
我们考虑如下形式的双调和方程的数值解

其中,Ω是欧氏空间中的多边形或多面体域,在其中,d为维度,具有分段利普希茨边界,满足内部锥条件,f(x) ∈ L2(Ω)是给定的函数,∆是标准的拉普拉斯算子。算子∆u(x)和∆2u(x)表示为

巧妙地将双调和方程(1.1)分解为两个Possion方程,传统的数值方法如有限元法(FEM)和有限差分法(FDM)在计算资源和时间复杂度较小的情况下表现良好。通过引入辅助变量w = −∆u,可以将四阶方程(1.1)重写为一对二阶方程:

或者引入变量w = ∆u,得到

那么,我们的目标为寻找一对函数(w,u),而不是找到原始问题(1.1)的解。如下我们以g=0和h=0为例,利用五点中心差分求解上面的双调和方程。
%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%
%%%% Matrix method for Biharmonic Equation %%%%
%%% u_{xxxx} + u_{yyyy} + 2*u_{xx}*u_{yy} = f(x, y) %%%%
%%% Omega = 0 < x < 1, 0 < y < 1 %%%%
%%% u(x, y) = 0 on boundary, %%%%
%%% Exact soln: u(x, y) = sin(pi*x)*sin(pi*y) %%%%
%%% Here f(x, y) = 4*pi^4*sin(pi*x)*sin(pi*y); %%%%
%%% Course: Xi'an Li on 12.08 2023 %%%%
%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%clear all
clc
close allftsz = 20;x_l = -1.0;
x_r = 1.0;
y_b = -1.0;
y_t = 1.0;q = 6;
Num = 2^q+1;
NNN = Num*Num;point_num2x = Num;
point_num2y = Num;fside = @(x, y) 4*pi^4*sin(pi*x).*sin(pi*y);
utrue = @(x, y) sin(pi*x).*sin(pi*y);hx = (x_r-x_l)/point_num2x;
X = zeros(point_num2x-1,1);
for i=1:point_num2x-1X(i) = x_l+i*hx;
endhy = (y_t-y_b)/point_num2y;
Y=zeros(point_num2y-1,1);
for i=1:point_num2y-1Y(i) = y_b+i*hy;
end
[meshX, meshY] = meshgrid(X, Y);tic;
Unumberi = FDM2Biharmonic_Couple2Navier_Zero(point_num2x, point_num2y,...x_l, x_r, y_b, y_t, fside);
fprintf('%s%s%s\n','运行时间:',toc,'s')
U_exact = utrue(meshX, meshY);
meshErr = abs(U_exact - Unumberi);rel_err = sum(sum(meshErr))/sum(sum(abs(U_exact)));
fprintf('%s%s\n','相对误差:',rel_err)figure('name','Exact')
axis tight;
h = surf(meshX, meshY, U_exact','Edgecolor', 'none');
hold on
title('Exact Solu')
% xlabel('$x$', 'Fontsize', 20, 'Interpreter', 'latex')
% ylabel('$y$', 'Fontsize', 20, 'Interpreter', 'latex')
% zlabel('$Error$', 'Fontsize', 20, 'Interpreter', 'latex')
hold on
set(gca, 'XMinortick', 'off', 'YMinorTick', 'off', 'Fontsize', ftsz);
set(gcf, 'Renderer', 'zbuffer');
hold on
% colorbar;
% caxis([0 0.00012])
hold onfigure('name','Absolute Error')
axis tight;
h = surf(meshX, meshY, meshErr','Edgecolor', 'none');
hold on
title('Absolute Error')
% xlabel('$x$', 'Fontsize', 20, 'Interpreter', 'latex')
% ylabel('$y$', 'Fontsize', 20, 'Interpreter', 'latex')
% zlabel('$Error$', 'Fontsize', 20, 'Interpreter', 'latex')
hold on
set(gca, 'XMinortick', 'off', 'YMinorTick', 'off', 'Fontsize', ftsz);
set(gcf, 'Renderer', 'zbuffer');
hold on
% colorbar;
% caxis([0 0.00012])
hold onif q==6txt2result = 'result2fdm_mesh6.txt';
elseif q==7txt2result = 'result2fdm_mesh7.txt';
elseif q==8txt2result = 'result2fdm_mesh8.txt';
elseif q==9txt2result = 'result2fdm_mesh9.txt';
endfop = fopen(txt2result, 'wt');fprintf(fop,'%s%s%s\n','运行时间:',toc,'s');
fprintf(fop,'%s%d\n','内部网格点数目:',Num-1);
fprintf(fop,'%s%s\n','相对误差:',rel_err);
被调用的求解函数如下:
function Uapp = FDM2Biharmonic_Couple2Navier_Zero(Nx, Ny, xleft, xright, ybottom, ytop, fside)format long;% Define the step sizes and create the grid without boundary pointshx = (xright-xleft)/Nx; x = zeros(Nx-1,1);for ix=1:Nx-1x(ix) = xleft+ix*hx;endhy = (ytop-ybottom)/Ny; y=zeros(Ny-1,1);for iy=1:Ny-1y(iy) = ybottom+iy*hy;end% Define the source termsource_term = fside;% Initialize the coefficient matrix A and the right-hand side vector FN = (Ny-1)*(Nx-1);A = sparse(N,N); FV = zeros(N,1);% Loop through each inner grid point, Apply finite difference scheme (central differences)hx1 = hx*hx; hy1 = hy*hy; for jv = 1:Ny-1for iv=1:Nx-1kv = iv + (jv-1)*(Nx-1);FV(kv) = fside(x(iv),y(jv));A(kv,kv) = -2/hx1 -2/hy1;%-- x direction --------------if iv == 1A(kv,kv+1) = 1/hx1;elseif iv==Nx-1A(kv,kv-1) = 1/hx1;elseA(kv,kv-1) = 1/hx1;A(kv,kv+1) = 1/hx1;endend%-- y direction --------------if jv == 1A(kv,kv+Nx-1) = 1/hy1;elseif jv==Ny-1A(kv,kv-(Nx-1)) = 1/hy1;elseA(kv,kv-(Nx-1)) = 1/hy1;A(kv,kv+Nx-1) = 1/hy1;endendendendV = A\FV;B = sparse(N,N); FU = zeros(N,1);% Loop through each inner grid point, Apply finite difference scheme (central differences)for ju = 1:Ny-1for iu=1:Nx-1ku = iu + (ju-1)*(Nx-1);FV(ku) = V(ku);B(ku,ku) = -2/hx1 -2/hy1;%-- x direction --------------if iu == 1B(ku,ku+1) = 1/hx1;elseif iu==Nx-1B(ku,ku-1) = 1/hx1;elseB(ku,ku-1) = 1/hx1;B(ku,ku+1) = 1/hx1;endend%-- y direction --------------if ju == 1B(ku,ku+Nx-1) = 1/hy1;elseif ju==Ny-1B(ku,ku-(Nx-1)) = 1/hy1;elseB(ku,ku-(Nx-1)) = 1/hy1;B(ku,ku+Nx-1) = 1/hy1;endendendendU = B\FV;%--- Transform back to (i,j) form to plot the solution ---j = 1;for k=1:Ni = k - (j-1)*(Nx-1) ;Uapp(i,j) = U(k);j = fix(k/(Nx-1)) + 1;end
end
结果如下:
运行时间:6.574370e-02s
相对误差:1.558669e-03

相关文章:
matlab:五点中心差分求解Navier边界的Biharmonic方程(具有纳维尔边界的双调和方程)
我们考虑如下形式的双调和方程的数值解 其中,Ω是欧氏空间中的多边形或多面体域,在其中,d为维度,具有分段利普希茨边界,满足内部锥条件,f(x) ∈ L2(Ω)是给定的函数,∆是标准的拉普拉斯算子。算…...
详细介绍微信小程序app.js
这一节,我们详细介绍app.js 这个文件。这个文件的重要性我就不再赘述,前面已经介绍了。 一、app.js是项目的主控文件 任何一个程序都是需要一个入口的,就好比我们在学c的时候就会有一个main函数,其他语言基本都是一样。很明确的…...
【六 (2)机器学习-EDA探索性数据分析模板】
目录 文章导航一、EDA:二、导入类库三、导入数据四、查看数据类型和缺失情况五、确认目标变量和ID六、查看目标变量分布情况七、特征变量按照数据类型分成定量变量和定性变量八、查看定量变量分布情况九、查看定量变量的离散程度十、查看定量变量与目标变量关系十一…...
Java集合——Map、Set和List总结
文章目录 一、Collection二、Map、Set、List的不同三、List1、ArrayList2、LinkedList 四、Map1、HashMap2、LinkedHashMap3、TreeMap 五、Set 一、Collection Collection 的常用方法 public boolean add(E e):把给定的对象添加到当前集合中 。public void clear(…...
Python TensorFlow 2.6 获取 MNIST 数据
Python TensorFlow 2.6 获取 MNIST 数据 2 Python TensorFlow 2.6 获取 MNIST 数据1.1 获取 MNIST 数据1.2 检查 MNIST 数据 2 Python 将npz数据保存为txt3 Java 获取数据并使用SVM训练4 Python 测试SVM准确度 2 Python TensorFlow 2.6 获取 MNIST 数据 1.1 获取 MNIST 数据 …...
EChart简单入门
echart的安装就细不讲了,直接去官网下,实在不会的直接用cdn,省的一番口舌。 cdn.staticfile.net/echarts/4.3.0/echarts.min.js 正入话题哈 什么是EChart? EChart 是一个使用 JavaScript 实现的开源可视化库,Echart支持多种常…...
阿里云8核32G云服务器租用优惠价格表,包括腾讯云和京东云
8核32G云服务器租用优惠价格表,云服务器吧yunfuwuqiba.com整理阿里云8核32G服务器、腾讯云8核32G和京东云8C32G云主机配置报价,腾讯云和京东云是轻量应用服务器,阿里云是云服务器ECS: 阿里云8核32G服务器 阿里云8核32G服务器价格…...
设计模式,工厂方法模式
工厂方法模式概述 工厂方法模式,是对简单工厂模式的进一步抽象和推广。以我个人理解,工厂方法模式就是对生产工厂的抽象,就是用一个生产工厂的工厂来进行目标对象的创建。 工厂方法模式的角色组成和简单工厂方法相比,创建了一个…...
WPF中嵌入3D模型通用结构
背景:wpf本身有提供3D的绘制,但是自己通过代码描绘出3D是比较困难的。3D库helix-toolkit支持调用第三方生成的模型,比如Blender这些,所以在wpf上使用3D就变得非常简单。这里是一个通过helix-toolkit库调用第三方生成的3d模型的样例…...
举个例子说明联邦学习
学习目标: 一周掌握 Java 入门知识 学习内容: 联邦学习是一种机器学习方法,它允许多个参与者协同训练一个共享模型,同时保持各自数据的隐私。 联邦学习概念(例子): 假设有三家医院,它们都希望…...
【Python】免费的图片/图标网站
专栏文章索引:Python 有问题可私聊:QQ:3375119339 这里是我收集的几个免费的图片/图标网站: iconfont-阿里巴巴矢量图标库icon(.ico)INCONFINDER(.ico)...
Pytorch中的nn.Embedding()
模块的输入是一个索引列表,输出是相应的词嵌入。 Embedding.weight(Tensor)–形状模块(num_embeddings,Embedding_dim)的可学习权重,初始化自(0,1)。 也就是…...
WebSocketServer后端配置,精简版
首先需要maven配置 <dependency><groupId>org.springframework.boot</groupId><artifactId>spring-boot-starter-websocket</artifactId><version>2.1.3.RELEASE</version></dependency> 然后加上配置类 这段代码是一个Spri…...
Python程序设计 多重循环(二)
1.打印数字图形 输入n(n<9),输出由数字组成的直角三角图形。例如,输入5,输出图形如下 nint(input("")) #开始 for i in range(1,n1):for j in range(1,i1):print(j,end"")print()#结束 2.打印字符图形 …...
前端面试题--CSS系列(一)
CSS系列--持续更新中 1.CSS预处理器有哪些类型,有什么区别2.盒模型是什么,有哪两种类型3.css选择器有哪些,优先级是怎样的,哪些属性可以继承4. 说说em/px/rem/vh/vw的区别5.元素实现水平垂直居中的方法有哪些,如果元素…...
VSCode好用插件
由于现在还是使用vue2,所以本文只记录vue2开发中好用的插件。 美化类插件不介绍了,那些貌似对生产力起不到什么大的帮助,纯粹的“唯心主义”罢了,但是如果你有兴趣的话可以查看上一篇博客:VSCode美化 1. vuter 简介&…...
Vue3:对ref、reactive的一个性能优化API
一、情景说明 我们知道,在Vue3中,想要创建响应式的变量,就要用到ref、reactive来包裹一下数据即可。 但是,这里有个损耗性能的地方 就是,被它包裹的数据,都会构建成响应式的,无论多少层次&…...
Python 用pygame简简单单实现一个打砖块
# -*- coding: utf-8 -*- # # # Copyright (C) 2024 , Inc. All Rights Reserved # # # Time : 2024/3/30 14:34 # Author : 赫凯 # Email : hekaiiii163.com # File : ballgame.py # Software: PyCharm import math import randomimport pygame import sys#…...
软考113-上午题-【计算机网络】-IPv6、无线网络、Windows命令
一、IPv6 IPv6 具有长达 128 位的地址空间,可以彻底解决 IPv4 地址不足的问题。由于 IPv4 地址是32 位二进制,所能表示的IP 地址个数为 2^32 4 294 967 29640 亿,因而在因特网上约有 40亿个P 地址。 由 32 位的IPv4 升级至 128 位的IPv6&am…...
深入浅出 -- 系统架构之负载均衡Nginx资源压缩
一、Nginx资源压缩 建立在动静分离的基础之上,如果一个静态资源的Size越小,那么自然传输速度会更快,同时也会更节省带宽,因此我们在部署项目时,也可以通过Nginx对于静态资源实现压缩传输,一方面可以节省带宽…...
3个实用技巧:让Mermaid图表创作效率翻倍的秘密武器
3个实用技巧:让Mermaid图表创作效率翻倍的秘密武器 【免费下载链接】mermaid mermaid-js/mermaid: 是一个用于生成图表和流程图的 Markdown 渲染器,支持多种图表类型和丰富的样式。适合对 Markdown、图表和流程图以及想要使用 Markdown 绘制图表和流程图…...
Pixel Fashion Atelier基础教程:硬核8-Bit界面操作逻辑与非对称布局解析
Pixel Fashion Atelier基础教程:硬核8-Bit界面操作逻辑与非对称布局解析 1. 像素时装锻造坊简介 Pixel Fashion Atelier是一款基于Stable Diffusion与Anything-v5的图像生成工具,它彻底改变了传统AI工具的界面设计理念。这款工具将复古日系RPG的"…...
MAA明日方舟自动化助手:5分钟快速上手指南
MAA明日方舟自动化助手:5分钟快速上手指南 【免费下载链接】MaaAssistantArknights 一款明日方舟游戏小助手 项目地址: https://gitcode.com/GitHub_Trending/ma/MaaAssistantArknights MAA(MaaAssistantArknights)是一款专为《明日方…...
为什么流水线ADC能用Dither,而SAR ADC效果差?深入解析两种架构下的Dither技术差异与改进方案
流水线ADC与SAR ADC中Dither技术的差异化设计与工程实践 在高速高精度数据采集系统中,量化噪声的非线性特性始终是困扰设计者的核心难题。当我们用频谱分析仪观察一个理想正弦波经过ADC转换后的输出时,那些突兀的谐波分量往往源自量化过程的非线性失真。…...
第8篇 | 逻辑回归
逻辑回归虽然名字中包含"回归",但实际上是一种分类算法。它通过sigmoid函数将线性输出转换为概率,广泛用于二分类问题。本篇将详细介绍逻辑回归的原理、实现和应用。一、逻辑回归概述逻辑回归用于处理二分类问题,输出为样本属于某一…...
RS485接口EMC设计与防护电路实现
RS485接口电路的EMC设计与工程实现1. 项目概述1.1 RS485接口的EMC挑战RS485作为工业通信标准接口,其典型应用场景中信号走线常与电源线、功率信号线混合布线,导致以下EMC问题:共模干扰通过长距离传输线耦合浪涌脉冲对接口电路的冲击损坏高频噪…...
AgentCPM深度研报助手10分钟快速部署教程:基于CSDN星图GPU平台
AgentCPM深度研报助手10分钟快速部署教程:基于CSDN星图GPU平台 你是不是也遇到过这种情况?面对海量的行业报告、公司财报,想快速提炼核心观点,却感觉无从下手,或者需要花费大量时间手动整理。现在,有了AI助…...
效率提升秘籍:用快马平台一键生成21届智能车优化算法模块
提升21届智能车开发效率的实战经验分享 最近在准备21届智能车比赛时,我发现传统开发方式存在不少效率瓶颈。从底层驱动到算法框架,每个环节都需要大量时间调试,而比赛周期又非常紧张。经过反复摸索,我总结出一套能显著提升开发效…...
5分钟掌握League Akari:英雄联盟玩家的智能助手终极指南
5分钟掌握League Akari:英雄联盟玩家的智能助手终极指南 【免费下载链接】League-Toolkit 兴趣使然的、简单易用的英雄联盟工具集。支持战绩查询、自动秒选等功能。基于 LCU API。 项目地址: https://gitcode.com/gh_mirrors/le/League-Toolkit League Akari…...
实验结果与分析篇 | 本科/硕士必备,一文搞定实验结果与分析部分!基于改进 ConvNeXt 的农作物病虫害识别系统
前言 “代码跑通了,论文怎么写?”,这恐怕是无数 CV 算法/人工智能萌新在面对毕设或期刊投稿时最大的痛。纯缝合模型容易被拒(看你写作能力了),实验分析写成了干巴巴的报流水账,缺乏深度的理论支…...
