在科学计算中特殊函数和基本函数的高精度快速算法研究

结题报告
项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    61379009
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    62.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    F0113.信息获取与处理
  • 结题年份:
    2017
  • 批准年份:
    2013
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2014-01-01 至2017-12-31

项目摘要

In engineering and natural science, a large number of scientific computing problems are involved. People urgently need reliable computing methods and softwares with high precision as well as high computation speed. It is worthy to notice that many existing algorithms are excellent in theory, while actual calculation results by them are dissatisfactory. In numerical computation, besides the algorithm designing in particular problems, one need frequently utilize some special functions and elementary functions in mathematics, and the computation precision and speed for these functions appears to be very important. The main purpose of this research project is to give high-precision (containing effective numbers of one hundred or thousand) fast algorithms for special functions and elementary functions, especially for some special functions composed by integrals and series, and for some related constants. The research will be fulfilled in the following three methods.1) To express the functions and constants in the form of series with fast convergence, and each item of the series approachs Rc as far as possible, where Rc is the set of rational numbers which can be expressed accurately by computer, and the precision for Rc depends on the accuracy of the computer itself. 2) To establish a recursive formula with the number of operations as few as possible in calculating special functions and mathematical physics related to generalized constants. 3) For the above-mentioned special function and generalized integral given its closed form. By the existing high precision algorithms for these closed forms, the high precision fast algorithms for the special functions and generalized integral can be established.
在工程和自然科学中涉及到大量的科学计算问题,人们迫切需要计算精度高、计算速度快且可靠的方法和计算软件。值得注意的是,许多理论上很好的算法,实际计算效果却不尽人意。在数值计算中,除了需要设计算法以外,常常需要调用数学中的特殊函数和基本函数,这些函数的计算精度以及速度变得至关重要。本项目研究主要目的是, 对特殊函数和基本函数尤其是由积分和级数组成的特殊函数,给出高精度(有效数字为百位甚至千位)快速算法。具体的做法有三种:1) 将所求函数和常数表示成快速收敛的级数,且级数的每项尽可能接近Rc, 其中Rc是能够由计算机精确表示的有理数构成的集合,是由计算机本身的精度决定的;2) 建立所求特殊函数和数学物理涉及到的广义积分的运算次数尽可能少的递推公式;3) 建立这些特殊函数和广义积分的闭形式,由于这些闭形式已经有了高精度快速算法,因而对所求特殊函数和广义积分也就有了高精度快速算法。

结项摘要

本项研究主要是初等函数和一些特殊函数高精度快速计算的算法研究,随着现代科学计算的发展,这些问题是迫切要考虑的问题。经过四年的努力,对(不完全)Gamma 函数类和(不完全)Beta 函数类以及相关函数类,比如Riemann zeta 函数、Digamma 函数多重对数函数、Gauss 超几何函数和Nielsen广义多重对数函数,我们较系统地建立了高精度快速算法。对于这些特殊函数的高精度快速算法都做了不同程度的讨论和研究。对(不完全)Gamma 函数类,具体的结果是对Gamma函数、不完全Gamma函数和一些广义Gamma函数的导数建立了一些递推公式和快速算法。对于Beta函数和不完全Beta函数的偏导数建立了一些递推公式和快速算法。对于初等函数的任意精度的快速计算进行较系统的讨论。对于(Hurwitz)Riemann zeta函数以及(偏)导数、Nielsen广义多重对数函数、相关函数的积分以及分数部分的多重积分和非线性Euler和都做了较深入的研究,发表SCI论文6篇,EI论文6篇,核心期刊和外文期刊4篇,一般论文3篇。

项目成果

期刊论文数量(19)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(0)
广义半整数不完全伽玛函数及其应用
  • DOI:
    10.13367/j.cnki.sdgc.2016.04.007
  • 发表时间:
    2016
  • 期刊:
    山东理工大学学报(自然科学版)
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    刘国兴;吕成军;秦惠增
  • 通讯作者:
    秦惠增
A note on the beta function and some properties of its partial derivatives
关于 beta 函数及其偏导数的一些性质的注记
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2014
  • 期刊:
    IAENG International Journal of Applied Mathematics
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    Shang Nina;Li Aijuan;Sun Zhongfeng;Qin Huizeng
  • 通讯作者:
    Qin Huizeng
The Representations on the Partial Derivatives of the Extended, Generalized Gamma and Incomplete Gamma Functions and Their Applications
扩展广义Gamma和不完全Gamma函数的偏导数的表示及其应用
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2017
  • 期刊:
    IAENG International Journal of Applied Mathematics
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    Aijuan Li;Huizeng Qin
  • 通讯作者:
    Huizeng Qin
Some New Transformation Properties of the Nielsen Generalized Polylogarithm
尼尔森广义多对数的一些新变换性质
  • DOI:
    10.1155/2014/210890
  • 发表时间:
    2014-06
  • 期刊:
    International Journal of Mathematics and Mathematical Sciences
  • 影响因子:
    1.2
  • 作者:
    nina shang;Qinghua Feng;huizeng qin
  • 通讯作者:
    huizeng qin
Further results on generalized multiple fractional part integrals for complex values
复数值的广义多重小数部分积分的进一步结果
  • DOI:
    10.1016/j.cam.2016.02.014
  • 发表时间:
    2016-08
  • 期刊:
    Journal of Computational and Applied Mathematics
  • 影响因子:
    2.4
  • 作者:
    Zhongfeng Sun;Aijuan Li;Huizeng Qin
  • 通讯作者:
    Huizeng Qin

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关于一维摄动Gelfand两点边值问题的注记
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    --
  • 发表时间:
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  • 通讯作者:
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一维土柱试验的数学模型
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    --
  • 发表时间:
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  • 期刊:
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    --
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  • 发表时间:
    --
  • 期刊:
    《山东理工大学学报》,2005,19(3):1-4
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    李功胜;秦惠增;张瑞;范小平
  • 通讯作者:
    范小平

其他文献

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秦惠增的其他基金

基于超几何函数、超几何q-级数函数类的关于参数的偏导数性质、快速计算及其应用
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课题项目:调控A型流感病毒诱导IFN-β表达的机制研究

AI项目摘要:

本研究聚焦于TRIM2蛋白在A型流感病毒诱导的IFN-β表达中的调控机制。A型流感病毒是全球性健康问题,其感染可导致严重的呼吸道疾病。IFN-β作为关键的抗病毒因子,其表达水平对抗病毒防御至关重要。然而,TRIM2如何调控IFN-β的表达尚未明确。本研究假设TRIM2通过与病毒RNA或宿主因子相互作用,影响IFN-β的产生。我们将采用分子生物学、细胞生物学和免疫学方法,探索TRIM2与A型流感病毒诱导IFN-β表达的关系。预期结果将揭示TRIM2在抗病毒免疫反应中的作用,为开发新的抗病毒策略提供理论基础。该研究对理解宿主抗病毒机制具有重要科学意义,并可能对临床治疗流感病毒感染提供新的视角。

AI项目思路:

科学问题:TRIM2如何调控A型流感病毒诱导的IFN-β表达?
前期研究:已有研究表明TRIM2参与抗病毒反应,但其具体机制尚不明确。
研究创新点:本研究将深入探讨TRIM2在IFN-β表达中的直接作用机制。
技术路线:包括病毒学、分子生物学、细胞培养和免疫检测技术。
关键技术:TRIM2与病毒RNA的相互作用分析,IFN-β启动子活性检测。
实验模型:使用A型流感病毒感染的细胞模型进行研究。

AI技术路线图

        graph TD
          A[研究起始] --> B[文献回顾与假设提出]
          B --> C[实验设计与方法学准备]
          C --> D[A型流感病毒感染模型建立]
          D --> E[TRIM2与病毒RNA相互作用分析]
          E --> F[TRIM2对IFN-β启动子活性的影响]
          F --> G[IFN-β表达水平测定]
          G --> H[TRIM2功能丧失与获得研究]
          H --> I[数据收集与分析]
          I --> J[结果解释与科学验证]
          J --> K[研究结论与未来方向]
          K --> L[研究结束]
      
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