反復計算過程を有する非線型発展方程式の数値シミュレーションの精度向上

2002 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 14540129
• Research Institution: Kumamoto University
• Principal Investigator: 畑上 到 熊本大学, 大学院・自然科学研究科, 助教授 (50218476)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 岩佐 学 熊本大学, 工学部, 助教授 (30232648) ; 張 紹良 東京大学, 大学院・工学系研究科, 助教授 (20252273) ; 今井 仁司 徳島大学, 工学部, 教授 (80203298)
• Keywords: 反復計算 / 数値解の定性的構造 / 収束速度の高速化 / 無限精度数値計算 / クリロフ部分空間法 / 多変量解析

Research Abstract

誤差の影響を極限的になくするスキームの構築を目的に,反復計算における解の収束する上で判断すべき条件の設定や,収束速度の高速化についての考察を行った.また,それらを現実の流体計算や交通流問題に適用し,数理物理的な現象の解析を行った.まず複雑系がもつ局所的,および大域的な構造を視覚化することによって複雑系に内在する,一見同じように複雑に見える数値解の本質的な構造を数値的な立場から明らかにして解の信頼性の判定を行う手法を確立した.特に,収束性を向上させる上で効果のある安定項を付加した場合の近似的な不変集合の定性的な構造が直感的に分類することが可能となり,収束性を上げることと,数値解の構造が変わってしまうとの両面性を今後考えていかなければならない課題であることが明らかになった.一方,極限的に精度を上げる目的で,無限精度数値計算を数値積分に応用し,数値解の構造が非常に敏感である場合の,種々の誤差を排除する手法の拡張を行った.これによって,さらに発展方程式の数値解への誤差の影響が小さくなることが期待される.さらに,大規模な数値シミュレーションでは不可欠の連立一次方程式の効率的な新しい解法の開発にも取り組んだ.特に,共役勾配法でのクリロフ部分空間法を用いた場合の方法についての新たな知見が得られ,今後この方法を応用することで収束の難しい線形問題についての新解法の開発が期待できる.さらに非線型系の数値計算における構造不安定性について,時系列データ等の多変量解析を詳細に行うことによって,離散系が示す多種多様な分岐パターンを分類し,その中から特徴的な現象を洗い出すことを目的として研究を行い,いくつかの新しい知見を得た.

Research Products

• [Publications] I.Hataue, O.Fujisawa: "Analysis of Influence of Share Layer on the Structure of Two-dimensional Cavity Flow in Several Reynolds Numbers"Information. Vol.6, No.1. 37-48 (2003)
• [Publications] I.Hataue, T.Nagao: "A Study of One-dimensional Traffic Flow by Compressible Flow Model Including Optimal Velocity Function"Information. Vol.6, No.1. 57-70 (2003)
• [Publications] I.Hataue: "On analogy and dissimilarity of dependence of stability on several parameters in flow simulations"Journal of Computational and Applied Mathematics. (to appear).
• [Publications] H.Imai, T.Takeuchi: "Direct Simulation of an Integral of the First Kind"Proceedings for International Conference on Inverse Problems, Recent Developments in Theories and Numerics, World Scientific. (to appear).
• [Publications] S.-L.Zhang: "A class of product-type Krylov-subspace methods for solving nonsymmetric linear systems"Journal of Computational and Applied Mathematics. Vol.149,No.1. 297-305 (2002)
• [Publications] M.Iwasa, Y.Moritani: "Concentration probalities for restricted and unrestricted MLEs"Journal of Multivariate Analysis. Vol.80, No.1. 58-66 (2002)