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A comprehensive research to develop a stable and high accurate numerical method for the problems of coefficient identification in linear wave equations

Research Project

Project/Area Number 18K03420
Research Category

Grant-in-Aid for Scientific Research (C)

Allocation TypeMulti-year Fund
Section一般
Review Section Basic Section 12040:Applied mathematics and statistics-related
Research InstitutionAichi Prefectural University

Principal Investigator

Shirota Kenji  愛知県立大学, 情報科学部, 教授 (90302322)

Project Period (FY) 2018-04-01 – 2024-03-31
Project Status Completed (Fiscal Year 2023)
Budget Amount *help
¥4,290,000 (Direct Cost: ¥3,300,000、Indirect Cost: ¥990,000)
Fiscal Year 2022: ¥520,000 (Direct Cost: ¥400,000、Indirect Cost: ¥120,000)
Fiscal Year 2021: ¥520,000 (Direct Cost: ¥400,000、Indirect Cost: ¥120,000)
Fiscal Year 2020: ¥520,000 (Direct Cost: ¥400,000、Indirect Cost: ¥120,000)
Fiscal Year 2019: ¥520,000 (Direct Cost: ¥400,000、Indirect Cost: ¥120,000)
Fiscal Year 2018: ¥2,210,000 (Direct Cost: ¥1,700,000、Indirect Cost: ¥510,000)
Keywords波動方程式 / 逆問題解析 / 係数同定問題 / 位相最適化手法 / 順問題解析 / クロネッカー積構造行列 / BiCG系解法 / 抽象勾配法 / 波動場 / 弾性波動場 / 逆問題 / 数値解法 / H1勾配法 / ソース項同定問題 / 数値解析 / 非適切問題 / 正則化解法 / 反復解法 / 係数同定 / 波動方程式族
Outline of Final Research Achievements

In this research, we considered about the numerical method for the coefficient identification problem in the wave type partial differential equations. We adopted the adjoint method to find the unknown coefficients. In order to identify the unknown coefficients, we applied the H1 type method proposed for the SIMP type topology optimization to our problem. By the numerical experiments, we showed the effectiveness and future works of our algorithm. Moreover, we studied about the numerical method to solve the initial-boundary value problem in scalar wave equation. We applied the finite difference type method and the spectral collocation method to the discretization in space and time direction, respectively. We introduced the matrix equation which is equivalent to the discretized equation. The stabilized GPBiCG method for the Kronecker type coefficient matrix was proposed to solve numerically the matrix equation. We showed the effectiveness of our method by the numerical experiments.

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

波動方程式族の係数同定問題に対する数値解法の研究は,計算時間や観測データの問題から,国内外とも少なく,また位相最適化と逆問題解析は両方とも非適切問題に対する研究にも関わらず,交流が少ない.その現状において本研究の成果は,波動方程式族の係数同定問題が実用問題で有効可能性,位相最適化手法が逆解析に有効な可能性を示したものであり,その学術的意義は小さくない.また,時間発展型偏微分方程式の順問題に対する数値解法として,GPGPUで容易に高速化可能な手法の提案は,時間発展型線形偏微分方程式の高速計算解法開発の新たな方向性を示したものであり,その学術的意義は大きいと考える.

Report

(7 results)
  • 2023 Annual Research Report   Final Research Report ( PDF )
  • 2022 Research-status Report
  • 2021 Research-status Report
  • 2020 Research-status Report
  • 2019 Research-status Report
  • 2018 Research-status Report
  • Research Products

    (20 results)

All 2024 2023 2022 2021 2020 2019 2018 Other

All Int'l Joint Research (1 results) Journal Article (3 results) (of which Int'l Joint Research: 2 results,  Peer Reviewed: 3 results,  Open Access: 2 results) Presentation (16 results) (of which Int'l Joint Research: 1 results,  Invited: 1 results)

  • [Int'l Joint Research] 上海財経大学(中国)

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      Volume: 37 Pages: 125013-125013

    • DOI

      10.1088/1361-6420/ac346b

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      Jiang Yu、Nakamura Gen、Shirota Kenji
    • Journal Title

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      Volume: 2092 Issue: 1 Pages: 012001-012001

    • DOI

      10.1088/1742-6596/2092/1/012001

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    • Author(s)
      Daisuke Kurashiki, Kenji Shirota
    • Journal Title

      JSIAM Letters

      Volume: 10 Issue: 0 Pages: 37-40

    • DOI

      10.14495/jsiaml.10.37

    • NAID

      130007432990

    • ISSN
      1883-0609, 1883-0617
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  • [Presentation] スカラー波動方程式の係数同定問題に対するH2勾配法2018

    • Author(s)
      代田健二
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      日本応用数理学会2018年度年会
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Published: 2018-04-23   Modified: 2025-01-30  

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