Keller-Segel模型的爆炸解问题的新数值方法
项目介绍
AI项目解读
基本信息
- 批准号:11326223
- 项目类别:数学天元基金项目
- 资助金额:3.0万
- 负责人:
- 依托单位:
- 学科分类:A0504.微分方程数值解
- 结题年份:2014
- 批准年份:2013
- 项目状态:已结题
- 起止时间:2014-01-01 至2014-12-31
- 项目参与者:王红庆; 李扉; 宁雪梅;
- 关键词:
项目摘要
The Keller-Segel system is a chemotaxis model proposed in 1970 to describe aggregation of slime molds in microbiology. It is in the form of a two-dimensional system of nonlinear partial differential equations. That is, a convection-diffusion equation for the cell density coupled with a reaction-diffusion equation for the chemoattractant concentration. It is well-known that solutions of the Keller-Segel system may blow up in.finite time or may exhibit a very singular, spiky behavior in addition to travelling wave solutions. In either case, capturing such singular.solutions numerically is a challenging problem although a lot of progress has been made in its qualitative study. Since almost all the theoretical results are obtained by using special structures of its simplest form, the necessity drives us to develop numerical methods for the general form of the Keller-Segel system to meet the requirements of practical engineering. In this project, we will propose and develop a new compact finite difference method with higher order accuracy to the Keller-Segel system. Compact finite difference methods have recently attracted much attention for many nonlinear ordinary and partial differential equations because they can achieve higher order accuracy. The new compact finite difference method that we propose will preserve the positivity property of solutions and total mass conservative law of the system, and will give approximate solutions of third order or higher order accuracy with respect to spatial variables. By taking a semi-discretization to spatial variables, we get a system of nonlinear ordinary differential equations with respect to the temporal variable. Then by using the implicit Runge-Kutta method, we will derive a formula to determine stepwise mesh size so that the approximate solution of the fully discretized system shows the same behavior of the exact solution around the blowup time. Since solutions are singular, the standard Lax-Milgram approach cannot be applied. In this project, we also establish a new numerical analysis approach to get error estimate and super-convergence analysis and so on. Our new method provides a useful tool to take qualitative analysis and has a wide application in the computational fields of many scientific fields such as biology, physics and engineering.
Keller-Segel系统是Keller和Segel在1970年研究微生物学中生物对化学物质的应激性时提出的趋化性数理模型。它是非线性偏微分方程的二元联立方程组,具有聚集解、爆炸解、行波解等丰富的数学结构。相比较于定性理论分析方面的许多研究成果,其数值方法的提案和数值分析的研究还非常少。本项目将开发新型compact finite difference数值方法,既保持Keller-Segel系统的正解性和质量守恒性,同时又实现空间变量的3阶以上的高精度。对时间变量,本项目通过导出非均匀时间剖分的步长公式使得新的数值方法能有效地处理Keller-Segel系统的爆炸解问题。本项目将对开发的新数值方法建立其误差估计、超收敛分析等的数值分析理论。新的数值方法将为Keller-Segel系统的定性分析和定量分析提供强有力的研究工具,在数理生物学、理论物理学和工程应用中获得广泛的应用。
结项摘要
本项目针对Keller-Segel系统数理模型的解具有爆炸解这类数学结构特点,本项目首先研究具有奇异性质的椭圆型偏微分方程的边界值问题,引入多项式和指数伸缩函数,采用网格加密思想分割空间网格,在此网格分割基础上,建立数值方法,并给出相应的严密收敛数值分析。同时在本项目研究期间,课题组对生物学中与Keller-Segel系统相关的,描述捕食现象的Rosenzweig-MacArthur 模型也进行了相关研究。本项目研究分析环境参数对模型的影响、随时间变化的承载能力的影响、狩猎的影响、周期性的狩猎的影响等方面。通过引入衰减函数 ,并探讨了当环境质量的改变时,种群密度是如何变化的。并通过数值仿真得到了Hopf分岔图。
项目成果
期刊论文数量(1)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(0)
Effect of environment on prey-predator systems with numerical simulation
环境对捕食者系统的影响的数值模拟
- DOI:--
- 发表时间:2014
- 期刊:Communications in Computer and Information Science
- 影响因子:--
- 作者:Fang; Qing;Zhang; Xiao-Yu
- 通讯作者:Xiao-Yu
数据更新时间:{{ journalArticles.updateTime }}
{{
item.title }}
{{ item.translation_title }}
- DOI:{{ item.doi || "--"}}
- 发表时间:{{ item.publish_year || "--" }}
- 期刊:{{ item.journal_name }}
- 影响因子:{{ item.factor || "--"}}
- 作者:{{ item.authors }}
- 通讯作者:{{ item.author }}
数据更新时间:{{ journalArticles.updateTime }}
{{ item.title }}
- 作者:{{ item.authors }}
数据更新时间:{{ monograph.updateTime }}
{{ item.title }}
- 作者:{{ item.authors }}
数据更新时间:{{ sciAawards.updateTime }}
{{ item.title }}
- 作者:{{ item.authors }}
数据更新时间:{{ conferencePapers.updateTime }}
{{ item.title }}
- 作者:{{ item.authors }}
数据更新时间:{{ patent.updateTime }}
其他文献
PEI (polyethyleneimine) based high-efficiency perovskite quantum dot light-emitting thin film and preparation method thereof
PEI基高效钙钛矿量子点发光薄膜及其制备方法
- DOI:--
- 发表时间:2016-03-03
- 期刊:
- 影响因子:--
- 作者:张宇;陈真;王鹤林;张晓宇;吴华;于伟泳;张铁强
- 通讯作者:张铁强
一种基于路径的划分聚类算法
- DOI:--
- 发表时间:--
- 期刊:信息与控制
- 影响因子:--
- 作者:王赛芳;戴芳;梁波;张晓宇
- 通讯作者:张晓宇
面向地下钱庄洗钱行为的可视化交互分析平台
- DOI:10.1016/j.coastaleng.2015.12.004
- 发表时间:2015
- 期刊:计算机应用研究
- 影响因子:--
- 作者:张晓宇;邓昌智;王宏安
- 通讯作者:王宏安
世界水资源转移消耗及空间解构研究——基于国际水资源投入产出模型
- DOI:10.11646/zootaxa.5255.1.28
- 发表时间:2015
- 期刊:中国人口·资源与环境
- 影响因子:--
- 作者:张晓宇;何燕;吴明;徐悦
- 通讯作者:徐悦
基于广义形态特征试论藏扇穗茅的归并
- DOI:--
- 发表时间:2016
- 期刊:植物研究
- 影响因子:--
- 作者:吕婷;张晓宇;陈志;苏旭
- 通讯作者:苏旭
其他文献
{{
item.title }}
{{ item.translation_title }}
- DOI:{{ item.doi || "--" }}
- 发表时间:{{ item.publish_year || "--"}}
- 期刊:{{ item.journal_name }}
- 影响因子:{{ item.factor || "--" }}
- 作者:{{ item.authors }}
- 通讯作者:{{ item.author }}
内容获取失败,请点击重试
查看分析示例
此项目为已结题,我已根据课题信息分析并撰写以下内容,帮您拓宽课题思路:
AI项目摘要
AI项目思路
AI技术路线图
请为本次AI项目解读的内容对您的实用性打分
非常不实用
非常实用
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
您认为此功能如何分析更能满足您的需求,请填写您的反馈:
张晓宇的其他基金
非线性抛物型偏微分方程奇异问题的高精度紧致有限体积法的开发及其数值分析
- 批准号:11501032
- 批准年份:2015
- 资助金额:18.0 万元
- 项目类别:青年科学基金项目
相似国自然基金
{{ item.name }}
- 批准号:{{ item.ratify_no }}
- 批准年份:{{ item.approval_year }}
- 资助金额:{{ item.support_num }}
- 项目类别:{{ item.project_type }}
相似海外基金
{{
item.name }}
{{ item.translate_name }}
- 批准号:{{ item.ratify_no }}
- 财政年份:{{ item.approval_year }}
- 资助金额:{{ item.support_num }}
- 项目类别:{{ item.project_type }}