Введение

Численный метод Метод линий (MOL, NMOL, NUMOL) - это метод решения уравнений с частичными дифференциальными уравнениями (PDEs), в которых все измерения, кроме одного, дискретизированы. Снижая ПДЭ до одного непрерывного измерения, метод линий позволяет вычислять решения с помощью методов и программного обеспечения, разработанных для численной интеграции обычных дифференциальных уравнений (ОДУ) и дифференциальных алгебраических систем уравнений (ДУУ). Многие интеграционные процедуры были разработаны на протяжении многих лет на разных языках программирования, а некоторые из них были опубликованы в качестве открытых ресурсов. Метод линий чаще всего относится к построению или анализу численных методов для уравнений с частичными дифференциальными, которые проводятся путем сначала дискретизации только пространственных производных и оставления переменной времени непрерывной. Это приводит к системе обычных дифференциальных уравнений, к которым может быть применен численный метод обычных уравнений начального значения. Метод линий в этом контексте восходит, по крайней мере, к началу 1960-х годов. С тех пор появилось много статей, в которых обсуждается точность и стабильность метода линий для различных типов частичных дифференциальных уравнений.

Применение к эллиптическим уравнениям

MOL требует, чтобы задача PDE была хорошо поставлена как проблема начального значения (Коши) по крайней мере в одном измерении, потому что интеграторы ODE и DAE являются решающими задачи начального значения (IVP). Таким образом, он не может быть использован непосредственно на чисто эллиптических уравнениях с частичными дифференциальными уравнениями, таких как уравнение Лапласа. Однако MOL использовался для решения уравнения Лапласа с помощью метода ложных транзиентов. В этом методе, производная времени зависимой переменной добавляется к уравнению Лапласа. Затем конечные различия используются для приближения пространственных производных, и полученная система уравнений решается с помощью MOL. Эллиптические задачи также можно решать полуаналитическим методом линий. В этом методе процесс дискретизации приводит к набору ОДЭ, которые решаются путем использования свойств связанной экспоненциальной матрицы. Недавно, чтобы преодолеть проблемы стабильности, связанные с методом ложных транзиентов, был предложен метод возмущения, который оказался более надежным, чем стандартный метод ложных транзиентов для широкого спектра эллиптических PDEs.