多尺度方法与Jacobi解解读
多尺度方法与Jacobi解
本文研究了托卡马克系统与电磁轴承系统的多尺度方法和托卡马克系统的Jacobi解问题．首先综述了非线性振动理论及多尺度理论的研究背景、国内外研究现状以及已经取得的成果，介绍了非线性振动和多尺度方法，长期项的产生和对方程的影响以及Jacobi椭圆函数展开法等基本理论，然后在第四章和第五章详述了本文的主要研究工作．其主要内容有如下两方面：( 1 )应用多尺度法研究了托卡马克系统和变刚度主动电磁轴承系统，得到两个系统在一阶时间尺度下的三阶平均方程和二阶时间尺度下的五阶平均方程，并通过参数控制分别得到两个系统三阶与五阶平均方程同次项的一致性定理．( 2 )利用改进的Jacobi椭圆函数展开法给出了托卡马克系统在三阶与五阶平均方程同次项一致性条件下的解析解，借助Maple软件给出解的结构图，该研究结果对进一步研究该类方程具有重要理论意义和应用价值．最后，说明了当前关于多尺度方法和Jacobi解研究的热点问题，结合自己的研究结果，对当前的热点问题做了进一步研究的介绍和展望．
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多尺度传递过程的研究进展
存档日期：存档编号: 北京化工大学 研究生课程论文 课程名称：计算流体力学与传热 课程代号：ChE515 任课教师：张建文 完成日期：2012 年12 月23 日 专业：化学工程与技术 学号：2012200028 姓名：王冰洁 成绩：＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿
多尺度传递过程的研究进展 摘要：近些年来，化学家们开始关注多尺度现象，而在更广泛的意义上是关注一门新学科—多尺度科学。本文分析了传递过程中的多尺度现象，讨论了多尺度研究的几个主要内容和方法并分析了它们的特点。多尺度科学应作为一门独立的科学来对待，多尺度现象将是21世纪科学家们面临的最大挑战。 关键词：多尺度、传递过程、研究进展 Progress in Multi-scale transfer process Abstract：In recent years, chemists have started to pay attention to the phenomenon of multi-scale,the broader sense is concerned about a new subject - Multiscale Science. This paper analyzes the multi-scale phenomena in the transfer process, and discusses several major content and method of multi-scale research and analysis of their characteristics. The multi-scale science should be treated as an independent scientific. The multiscale phenomenon will be the biggest challenge faced by the scientists of the 21st century. Keyword：Multi-scale、transfer process、progress 1 引言 多尺度科学[l]是一门研究不同空间尺度或时间尺度相互耦合现象的跨学科科学，是复杂系统的重要分支之一，具有丰富的科学内涵和研究价值。多尺度模拟考虑空间和时间的跨尺度与跨层次特征，并将相关尺度耦合起来，提高模拟和计算效率，是求解各种复杂的材料和工程问题的重要方法和技术。多尺度现象存在于生活的各个方面，涵盖多个领域，如微观、细观和宏观等多个物理、力学及其耦合领域[2]。多尺度模拟和计算是一个正在迅速发展的热点与前沿研究领域[3]，特别是在多物理的(mufti-physical)现象非常显著材料科学、化学、流体力学和生物学等领域[4]。
多尺度方法在复合材料力学研究中的进展
多尺度方法在复合材料力学分析中的研究进展 摘要简要介绍了多尺度方法的分量及其适用范围，详细论述了多尺度分析方法在纤维增强复合材料弹性、塑性等力学性能中的研究进展，最后对多尺度分析方法的前景进行了展望。 关键词多尺度分析方法，复合材料，力学性能，细观力学，均匀化理论 1 引言 多尺度科学是一门研究不同长度尺度或时间尺度相互耦合现象的跨学科科学，是复杂系统的重要分支之一，具有丰富的科学内涵和研究价值。多尺度现象并存于生活的很多方面，它涵盖了许多领域。如介观、微观个宏观等多个物理、力学及其耦合领域[1]。空间和时间上的多尺度现象是材料科学中材料变形和失效的固有现象。 多尺度分析方法是考虑空间和时间的跨尺度与跨层次特征，并将相关尺度耦合的新方法，是求解各种复杂的计算材料科学和工程问题的重要方法和技术。对于求解与尺度相关的各种不连续问题。复合材料和异构材料的性能模拟问题，以及需要考虑材料微观或纳观物理特性，品格位错等问题，多尺度方法相当有效。 复合材料是由两种或者两种以上具有不同物理、化学性质的材料，以微观、介观或宏观等不同的结构尺度与层次，经过复杂的空间组合而形成的一个多相材料系统[2]。复合材料作为一种新型材料，由于具有较高的比强度和比刚度、低密度、强耐腐蚀性、低蠕变、高温下强度保持率高以及生物相容性好等一系列优点，越来越受到土木工程和航空航天工业等领域的重视。 复合材料是一种多相材料，其力学性能和失效机制不仅与宏观性能（如边界条件、载荷和约束等）有关，也与组分相的性能、增强相的形状、分布以及增强相与基体之间的界面特性等细观特征密切相关，为了优化复合材料和更好地开发利用复合材料，必须掌握其细观结构对材料宏观性能的影响，即应研究多尺度效应的影响。 如何建立起复合材料的有效性能和组分性能以及微观结构组织参数之间的
多尺度法初识和应用
多尺度法初识和应用 摘要：简要介绍多重尺度发的中心思想，另外，举例说明多重尺度法在求解方程中的应用。 非线性问题的研究 非线性问题的“个性”很强，处理起来十分棘手。历史上曾有过一些解非 线性方程的“精品”，但与大量存在的非线性方程相比，只能算是“凤毛麟角”。 因此，长期以来，对非线性问题的研究一直分散在自然科学和技术科学的各个 领域。本世纪六十年代以来，情况发生了变化。人们几乎同时从非线性系统的 两个极端方向取得了突破：一方面从可积系统的一端，即从研究多自由度的非 线性偏微分方程的一端获得重大进展。如在浅水波方程中发现了“孤子”，发 展起一套系统的数学方法，如反散射法，贝克隆变换等，对一些类型的非线性 方程给出了解法；另一方面，从不可积系统的极端，如在天文学、生态学等领 域对一些看起来相当简单的不可积系统的研究，都发现了确定性系统中存在着 对初值极为敏感的复杂运动。促成这种变化的一个重要原因十计算机的出现和 广泛应用。科学家们以计算机为手段，勇敢地探索那些过去不能用解析方法处 理的非线性问题，从中发掘出规律性的认识，并打破了原有的学科界限，从共性、普适性方面来探讨非线性系统的行为。 线性与非线性的意义 “线性”与“非线性”是两个数学名词。所谓“线性”是指两个量之间所存在 的正比关系。若在直角坐标系上画出来，则是一条直线。由线性函数关系描述的系 统叫线性系统。在线性系统中，部分之和等于整体。描述线性系统的方程遵从叠加原理，即方程的不同解加起来仍然是原方程的解。这是线性系统最本质的特征之一。 “非线性”是指两个量之间的关系不是“直线”关系，在直角坐标系中呈一条曲线。 最简单的非线性函数是一元二次方程即抛物线方程。简单地说，一切不是一次的函 数关系，如一切高于一次方的多项式函数关系，都是非线性的。由非线性函数关系 描述的系统称为非线性系统。 多尺度法的基本思想 多尺度法首先是由Sturrock(1957) 、Cole(1963) 、 Nayfeh(1965)等提 出的,此后得到进一步的发展。 上面介绍该法的基本思想与方法。我们考虑形式为 的方程所控制的系统，设方程的解为 将原点移至中心位置 是合适的。于是有 ()0=+q f q +++=+=22100x x q x q q εε0q q =
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基于Gabor特征的人脸识别算法的研究 摘要：Gabor特征能从不同方向和尺度有效表示人脸图片的局部特征,但是利用传统Gabor特征的方法却忽略原始人脸图片所包含的全局特征.文中把Gabor特征和原始图片信息结合起来,构成增强的Gabor特征,并结合直接分步线性判别分析算法,提出一种人脸识别方法.在Yale、ORL和Georgia Tech人脸库的仿真实验结果表明,相对于传统Gabor特征,增强Gabor特征能够有效提高人脸识别率. 关键字：Gabor，人脸识别 近些年,“生物特征识别技术”因其良好的安全性越来越多地应用于身份识别,人脸识别技术因造价低、使用友好等优点成为其中很有前景的一部分。由于在一个场景中找到一张脸并且识别它的能力在人类生活中是很重要的,因此将这项任务自动化是非常有意义的。人脸识别是一个非常具有挑战性的问题。首先因为人脸图像的获取过程不同,导致二维图像信息在质量、几何、光线上都有内在的不同,此外还有脸部受到遮挡和化妆等因素的影响。但是,更内在的原因是,人脸是具有高度相似性的非刚体。人脸不同于普通物体,不同人的脸具有高度的相似性,同一人的脸又具有不同的状态,这使得人脸识别问题不同于普通物体的识别问题。目前,许多研究机构致力于这一领域的研究,取得了丰硕的理论成果并有不同的应用软件应运而生。人脸识别领域中,判别主成分分析算法是最有效的算法之一。主成分分析(PCA)基于人脸的全局特征,不能有效提取局部特征。局部特征分析(LFA)可以提取人脸图像的局部特征,但由于人脸特征点定位不准确通常会导致系统性能下降。与图像灰度信息特征相比,Gabor特征通常具有更好的鲁棒性。．生物学研究发现H J，Gabor小波可较好地模拟大脑皮层中简单细胞感受野的轮廓，能够捕捉空间定位、方向选择等视觉属性．特别是Gabor小波可像放大镜一样放大灰度的变化，人脸的一些关键功能区域(眼镜、鼻子、嘴、眉毛等)的局部特征被强化，从而有利于区分不同的人脸图像．因此，Gabor小波特征在人脸识别领域得到广泛应用，如弹性图匹配旧J、基于Gabor特征的增强Fisher判别分析局部Gabor直方图序列等．但是，这些方法往往只利用Gabor 特征，捕获人脸图像的局部特征，却忽略人脸图像原始的灰度值信息所代表的全局特征． 1.Gabor算法的实现与原理分析 1.1Gabor算法的分类和实现原理 1.11EGM算法 EM 算法是 Dempster，Laind，Rubin 于 1977 年提出的求参数极大似然估计的一种方法，它可以从非完整数据集中对参数进行 MLE 估计，是一种非常简单实用的学习算法。这种方法可以广泛地应用于处理缺损数据，截尾数据，带有讨厌数据等所谓的不完全数据(incomplete data)。 假定集合Z = (X,Y)由观测数据 X 和未观测数据Y 组成，Z = (X,Y)和 X 分别称为完整数据和不完整数据。假设Z的联合概率密度被参数化地定义为P(X，Y|Θ)，其中Θ表示要被估计的参数。Θ的最大似然估计是求不完整数据的对
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生态学尺度及尺度推绎方法综述 摘要：通过适宜的空间和时间尺度可以揭示和把握复杂的生态学规律，因此尺度问题日益受到生态学家的重视。本文描述了生态学尺度及尺度推绎的基本概念，论述了尺度推绎的特点，重点阐述了尺度推绎的方法和途径，分析了推绎结果的不确定性，并提出推绎过程中需注意的问题。 关键词：生态学；尺度；尺度推绎 20世纪60年代，生态学家就注意到了尺度问题的重要性，对于尺度和尺度推绎的观点开始于20世纪80年代中期，现在普遍深入到生态学的各个领域，并且在其他的自然社会科学中对于尺度和尺度推绎的关注也有同样的趋势。尺度研究的根本目的在于通过适宜的空间和时间尺度来揭示和把握复杂的生态学规律。 1 尺度的概念 不同学者分别从不同角度对尺度概念进行了表述。尺度指现象的时空畴，尺度纬包括时间、空间和组织水平。根据邬建国，广义地讲，尺度（scale）是指在研究某一物体或现象时所采用的空间或时间单位，同时又可指某一现象或过程在空间和时间上所涉及的围和发生的频率。前者是从研究者的角度来定义尺度，而后者则是根据所研究的过程或现象的特征来定义尺度。尺度可分为空间尺度和时间尺度，此外，组织尺度（organizational scale)是指在由生态学组织层次（如个体、种群、群落、生态系统和景观等）组成的等级系统中的相对位置（如种群尺度、景观尺度等）。具体地说，生态尺
度首先应该包括面积或时间间隔，即规模或幅度（extent），即研究对象在空间或时间上的持续围或长度，包括空间幅度和时间幅度。其次是面积和时间间隔都可以进一步划分为最小面积和最短时间 间隔，最小面积或最短时间间隔被称为粒度（grain）或分辨率（resolution）。例如，野外测量生物量的取样时间间隔(如一个月或半个月取1次)，某一干扰事件发生的频率，或模拟的时间间隔[6]，是时间粒度的例子。空间粒度如样方、像元。 地理学和地图学中的比例尺是分析尺度。在生态学中，尺度的定义显然不同于比例尺。大尺度（或粗尺度，coarse scale）是指大空间围或时间幅度，往往对应于小比例尺、低分辨率；而小尺度（或细尺度，fine scale）则常指小空间围或短时间，往往对应于大比例尺和高分辨率，尽管情况可能并不总是如此。 有关尺度在文献中经常被讨论的三个有特色又相关的论点是：特征尺度(characteristic scales)、尺度效应（scale effects）和尺度推绎(scaling)。 尺度推绎指不同时空尺度或组织层次之间的信息转换。下面将作详细介绍。 2 尺度推绎的概念 由于空间异质性和时空变异性在自然界中的广泛存在，大尺度的信息特征值并非是若干小尺度值的简单叠加，而小尺度的信息特征值也不能简单的通过对大尺度值进行插值或分解得到，常需借助各种尺度转换途径与方法来分析尺度转换过程中的非线性问题，建立
多尺度模拟方法概述 计算传热学作业
《计算传热学》学期作业 多尺度模拟方法概述 摘要：本文简单介绍多尺度模拟的思想，应用及存在的问题。 关键词：数值模拟；多尺度模拟 世界的本质是多尺度的，在不同的尺度下物质表现出不同的特征。如流体在分子尺度下表现为离散的不确定的粒子，而在宏观尺度下表现为连续的确定性的介质。在不同的时间和空间尺度下由于其尺度特性的不同，往往所采用的方法也不同,如图1[1]所示。 图1各种空间时间尺度下适用的模拟方法 文献[2]利用Kn数来鉴定何种特征尺度下流体流动适合用何种方法。Kn数的物理意义是分子平均自由程与特征长度的比值。 Kn<10-3，流动符合连续介质假设，可用N-S方程； 10-3
连续介质假设，传热的空间尺度和时间尺度符合傅立叶导热定律；微观方法是从分子运动碰撞理论来建立方程；介观方法是介于微观方法和宏观方法之间。这三种方法各有优缺点。宏观方法不能揭示微观的物理现象，但是方法成熟，应用方便。微观或介观方法更适合描述极端尺度的物理现象，但是计算量巨大，方法不成熟，工程应用极少。如果在采用宏观方法的过程中，可将微观尺度的信息带入，建立一种微观——宏观耦合的多尺度模拟方法可以结合两者的优点，又可以削弱两者的缺点。 多尺度问题表现[3]为: 已知一个模型的宏观描述, 但这种宏观描述在某些局部区域失效, 必须要用低尺度微观非线性描述代替。模型的微观特性既受制于宏观上的作用因素, 又可能显著影响宏观性能。但微观结构, 性能与状态何时、以怎样的途径去影响宏观性能并不清楚。 假定一个给定系统的微观行为可以使用微观模型变量u表示, 系统的宏观行为用宏观模型变量U表示, 那么宏观模型变量U与微观模型变量u可以通过压缩乘子Q或者重构算子R联系起来： U=Qu RU=u 多尺度模拟的难度在于两种尺度的耦合，即如何建模。建模的策略有两种[4-6]：一种策略是先在较低的尺度上建模, 然后将结果放入高尺度模型中, 这是一个从小尺度到大尺度的递阶过程。但低尺度建模的理论是一个重要问题。采用这种策略的方法一般称作信息传递的多尺度方法或递阶的多尺度方法另一种策略是在不同尺度上同时建模, 将区域分成不同尺度定律控制的区域, 这些区域可以重叠也可以不重叠,在交界处实现连接。在这种策略中, 区域之间的连接也是一个重要问题采用这种策略的方法一般称作并发(一致) 的多尺度方法。 国内外许多学着都致力于开发多尺度模拟方法，主要是介观宏观耦合和微观宏观耦合。多尺度模拟可用于分析材料、化学、能源工程等领域的问题，特别是微小装置的结构、流动和传热问题。随着微纳米科学技术的发展诞生出一个新的技术领域，微/纳机电系统(Micro/Nano ElectroMechanical System，M/NEMS)。微机电系统在工业、通信、环境、生物、医疗和航空航天等领域有着十分广阔的应用前景。 对于M/NEMS 尺度来说，分子动力学模拟虽可提供原子尺度信息，但只能考虑几百万个原子，处理的规模太小；而连续介质力学模拟不能提供接触区域（通常只有几层原子）微观结构的变化；因而不利于人们全面地揭示微/纳尺度下各种现象的相关性。多尺度模拟在一个系统的不同区域内采用不同的模型。例如，在发生较大变形的区域采用量子力学或分子动力学模型，在Kn数较大的区域采用分子动力学模拟或格子Boltzmann方法，以获得该区域的原子尺度信息；在变
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收稿日期：2010－11－04 基金项目：国家自然科学基金项目（40901216）；国防预研资助项目（513220206） 作者简介：李财莲（1973－），女，湖南涟源人，海南大学信息科学技术学院工程师，国防科学技术大学电子科 学与工程学院2007级博士研究生． 第29卷第3期海南大学学报自然科学版Vol．29No．3 2011年9月NATURAL SCIENCE JOURNAL OF HAINAN UNIVERSITY Sep.2011 文章编号：1004－1729（2011）03－0275－09 图像多尺度几何分析综述 李财莲1，2，孙即祥1，康耀红 2（1．国防科学技术大学电子科学与工程学院，湖南长沙410073；2．海南大学信息科学技术学院，海南海口570228） 摘要：阐述了图像多尺度几何分析技术的国内外发展现状及趋势，并介绍了其在图像处理中的部分应用， 探讨了图像多尺度几何分析方法存在的问题及进一步的研究方向，为多尺度几何分析技术的发展状况提供 了清晰的轮廓． 关键词：多尺度几何分析；小波变换；图像处理；Tetrolet 变换 中图分类号：TP 391文献标志码：A 由于超越傅里叶变换的诸多优点，小波变换被广泛应用到图像处理的各个领域，成为继傅里叶变换 之后的又一变换分析工具．但是， 由于小波变换只能反映信号的零维奇异性，即只能表达奇异点的位置和特性，却不能有效表示二维图像中具有多方向性的边缘和纹理等几何特性，因此，小波基并不是最优的图 像表示方法 ［1－9］．DO M N 在总结前人研究的基础上给出了图像有效表示需要满足以下条件［10］： 1）多分辨率表示方法能够进行多尺度分解，对图像从粗糙到精细连续逼近； 2）局部性表示方法的基函数在空域上和频域上都应该有良好的局部性质，并且能随尺度变化； 3）临界采样表示方法具有较低的冗余结构； 4）方向性表示方法应该包含多个方向的基函数； 5）各向异性表示方法的基函数的支撑集具有不同长宽比的形状，能处理图像边缘轮廓的平滑性．显然，傅里叶变换和二维可分离小波变换仅满足上述的部分性质，为了寻找最优的图像表示方法，更 加有效地表示和处理图像等高维空间数据， 一门崭新的信号分析工具———多尺度几何分析（Multiscale Ge-ometric Analysis ，MGA ）被提出来并迅速成为当前研究的热点［2］，它能满足上述图像有效表示的所有条 件， 在图像分析中获得了较大成功，体现出了一定的优势和潜力．目前，研究者提出了包括Ridgelet ，Curvelet ，Bandelet ，Contourlet 等一系列多尺度几何分析工具，由于 它们主要以变换为核心，因此也称为多尺度多方向变换．为了能充分利用原函数的几何正则性，这些变换 基的支撑区间表现为“长条形”，以达到用最少的系数来逼近奇异曲线．多尺度几何分析技术在图像压缩、 去噪、增强及特征提取等领域，表现出的性能优势显示了其强大的发展和应用潜力，但其理论和算法都处于发展阶段，还尚待完善和开发． 文献［4］以二维函数的非线性逼近为主线，分析了推动多尺度几何分析发展的深刻数学和生理学背 景．文献［ 6］分析了Contourlet 变换及其构造原理，探讨了Contourlet 变换在图像处理中的部分应用．本文在此基础上，阐述了国内外多尺度几何分析技术的研究现状及发展趋势，给出了部分图像处理应用结果，探讨了图像多尺度几何分析方法存在的问题及进一步研究的方向，为多尺度几何分析技术的发展提供清晰的轮廓．DOI:10.15886/https://www.sodocs.net/doc/e46917019.html,ki.hdxbzkb.2011.03.012
多尺度模拟与计算研究进展
多尺度模拟与计算研究进展 张廼龙1郭小明 东南大学土木工程学院工程力学系，南京 210018 摘 要：简要介绍了多尺度模拟与计算方法及其实施策略。重点论述了模拟计算两类常见多尺度问题的方法与研究进展。求解含有孤立缺陷问题有非局部准连续体法，MAAD法，CGMD法，粗粒化蒙特卡罗法，直接蒙特卡罗法，连续体-分子动力学模型法等；基于微观模型本构模拟问题有局部连续体法，人工压缩法，气体动力学法，HMM等方法。最后对多尺度模拟与计算的前景进行展望。 关键词多尺度方法，模拟与计算，实施策略 1 引言 在自然科学和实际工程中所遇到的几乎所有问题在本质上都是多尺度的。尽管物质都是由原子和电子组成，然而，在不同尺度上其结构和性能又各有特点。混凝土材料中几个微米裂纹与整个宏观结构层面上的裂缝力学特性可能完全不同。大气中的漩涡结构大小可能是几米，也可能绵延数千公里，其运行模式差异很大。蛋白质、核酸等的运动可以从若干飞秒跨越到若干秒的时长，明显的特征是不同尺度间结构和行为特点差异巨大。 在对材料性能要求不高，或者系统的设计不是很复杂时，这种多尺度特性并没有得到足够的关注。因为单一尺度量级的模型即使忽略较高或者较低尺度的影响也能够获得满意的结果。但是随着人类对材料的使用和要求不断提高，设计的结构系统不断复杂化，单一尺度量级的等效模型显示出其固有的局限性。其中一个主要的局限性就是它的精度无法满足实际应用的要求。这种情况在复杂材料或系统中尤为突出，例如，复杂流体。它的局限性还表现为忽略微观尺度上的力学性能，通常这些性能对模型的合理性有着至关重要的影响。例如，混凝土的微观结构对其宏观性能(强度、尺寸稳定性以及耐久性等)有着重要的影响，而当前居于主导地位的混凝土模型不能够有效的反应出微观结构对其宏观性能的影响。有些单一尺度量级的模型是半经验的。因此，为了获得能够应用于实际的结果，人们选择精度更好，基础更加扎实的微观尺度模型。然而，在整个系统上使用微观尺度量级的模型，增加了建模的复杂性和庞大的计算量，甚至无法实现。而结果可能包含许多不需要的信息，甚至掩盖了有用信息， 基金项目：江苏省基础研究计划项目(BK2009259)资助 1作者简介：张廼龙，(1981-)，男，博士 Email：xmguo@https://www.sodocs.net/doc/e46917019.html, 加大了提取有用信息的难度，显然，这不是最佳选择。应该考虑采用既能够反映不同尺度上结构和性能的模型，避免在整体上使用微观模型产生的模型太复杂以至于无法计算的问题。 多尺度科学[l]是一门研究不同空间尺度或时间尺度相互耦合现象的跨学科科学，是复杂系统的重要分支之一，具有丰富的科学内涵和研究价值。多尺度模拟考虑空间和时间的跨尺度与跨层次特征，并将相关尺度耦合起来，提高模拟和计算效率，是求解各种复杂的材料和工程问题的重要方法和技术。 综上所述，多尺度现象存在于生活的各个方面，涵盖多个领域，如微观、细观和宏观等多个物理、力学及其耦合领域[2]。对材料性能的要求不断提高，系统设计的不断复杂化是促使多尺度模拟与计算的出现和发展的原动力。多尺度模拟的目标是要抓住不同时空条件下材料或者系统的物理响应特征，预测其性能或者使用寿命，掌握较小尺度的结构与性能对材料或者系统宏观行为的影响。多尺度模拟和计算是一个正在迅速发展的热点与前沿研究领域[3]，特别是在多物理的(mufti-physical)现象非常显著材料科学、化学、流体力学和生物学等领域。 本文介绍了宏观模型含有分散的孤立缺陷和基于微观模型推测宏观性能的模拟与计算的一些方法：非局部准连续体法，MAAD法，CGMD法，粗粒化蒙特卡罗法，直接蒙特卡罗法，连续体-分子动力学模型法，人工压缩法，气体动力学法，HMM等方法及其研究进展。最后对多尺度方法的前景进行展望。 2 多尺度模拟与计算 2.1 多尺度问题与方法 多尺度问题表现为：已知一个模型的宏观描述，但是它在某些局部的空间或者时间尺度上不
多尺度方法与Jacobi解解读
多尺度方法与Jacobi解 本文研究了托卡马克系统与电磁轴承系统的多尺度方法和托卡马克系统的Jacobi解问题．首先综述了非线性振动理论及多尺度理论的研究背景、国内外研究现状以及已经取得的成果，介绍了非线性振动和多尺度方法，长期项的产生和对方程的影响以及Jacobi椭圆函数展开法等基本理论，然后在第四章和第五章详述了本文的主要研究工作．其主要内容有如下两方面：( 1 )应用多尺度法研究了托卡马克系统和变刚度主动电磁轴承系统，得到两个系统在一阶时间尺度下的三阶平均方程和二阶时间尺度下的五阶平均方程，并通过参数控制分别得到两个系统三阶与五阶平均方程同次项的一致性定理．( 2 )利用改进的Jacobi椭圆函数展开法给出了托卡马克系统在三阶与五阶平均方程同次项一致性条件下的解析解，借助Maple软件给出解的结构图，该研究结果对进一步研究该类方程具有重要理论意义和应用价值．最后，说明了当前关于多尺度方法和Jacobi解研究的热点问题，结合自己的研究结果，对当前的热点问题做了进一步研究的介绍和展望． 同主题文章 [1]. The exact solutions to (2+1)- dimensional nonlinear Schr dinger equation' [J]. 原子与分子物理学报. 2004.(01) [2]. 孟庆苗. 球对称动态黑洞周围时空中标量粒子的自发辐射' [J]. 山西师范大学学报(自然科学版). 2004.(03) [3]. 蒋元林. Gauss—Jacobi求积公式的收敛阶' [J]. 苏州大学学报(工 科版). 1981.(00) [4]. 孟庆苗. Vaidya-Bonner黑洞的自发辐射' [J]. 贵州师范大学学报(自然科学版). 2004.(03) [5]. 郭冠平. 耦合非线性KdV方程组的Jacobi椭圆函数求解' [J]. 商丘师范学院学报. 2004.(05) [6]. 付彦超,杨自闯,叶春生. 二维稳态渗流场计算的有限元方法算法研究' [J]. 科技信息(学术研究). 2008.(26) [7]. 郭唏娟,常福清. Jacobi、Gauss-Seidel迭代收敛的准则' [J]. 工程数学学报. 1992.(03)
多尺度方法应用
多尺度方法 1.多尺度方法的意义 很多自然科学和工程的问题都具有多尺度的特征。例如，高雷诺湍流的涡有大小不同的尺度，材料的微损伤有大小不同的尺度，多孔介质的孔径大小存在着不同的尺度等。然而，在实际应用中却常常忽略多尺度特征而采用经验模型。这些模型在应用中取得很大的成功，但经验模型也存在本身的局限性，主要体现在：（1）由于模型的误差大，导致很多问题求解的精度不高； （2）完全忽略细观结构的影响，不能完全反映问题本身的自然特征； （3）缺乏可靠的理论基础。 因此，对于很多问题，需要建立能反映自然属性、精度更高且具有理论基础的多尺度模型。在建立多尺度模型的同时，首先必须考虑问题自身的特征。按照问题的特征可以把多尺度问题分为以下几类： 第一类：这类多尺度问题包含了孤立的瑕点或奇异点，比如裂痕、断层、突变以及接触线。对于这类问题，只需要在孤立的瑕点火奇异点附近建立细观尺度的模型，其它区域满足某个宏观模型即可。这样细观尺度的模型只需在很小的计算区域里求解。 第二类：这类多尺度问题存在相关的宏观模型，但宏观模型不清晰，不能直接用于求解。典型的一个例子是均匀化问题，这时系数aε(x)=a(x,xε?)，其中ε表示细观尺度，虽然与宏观变量x相关的宏观模型确实存在，但宏观模型不明确。 第三类：这类问题是包含第一类和第二类特征的多尺度问题。 第四类：这类多尺度问题的习惯结构具有强烈的不规则性，难以找到相关的宏观模型。 随着多尺度模型的发展，还会出现更多类型的多尺度问题，对各类多尺度问题的求解引起了人们广泛的关注，也推动了多尺度计算方法的发展。很多科学和工程问题都存在多尺度问题，多尺度模拟是一个典型的跨学科问题，它涉及到数学、化学、物理、工程、计算机科学、环境科学等学科，越来越受到科学家的重视。目前为止，已经有一些经典的多尺度计算方法，如多重网格方法、均匀化方
多尺度全变分方法及其在时间推移地震中的应用解读
多尺度全变分方法及其在时间推移地震中的应用 时间推移地震是近些年来新兴的一项技术,它可以实现对油藏开采情况的动态监测和管理,因此引起了人们广泛的关注。由于时间推移地震本身包含不同时期的两次或者两次以上的勘探,因此,研究针对其特点的正、反演方法具有十分重要的意义。本文首先介绍了时间推移地震的背景及其研究现状,并且对于地震勘探中正、反演研究所常用的方法也进行了简要的介绍。其次,本文建立了时间推移地震的正演模型,使用弹性波方程的一种简化形式——声波方程来模拟地震波的传播,从而为下一步进行弹性波时间推移地震反演打下了良好的基础。接着,本文建立了时间推移地震的反演模型,结合时间推移地震的特点,引入了适用于获得波动方程反问题在非连续函数类中的稳定数值解的迭代法——全变分正则化方法,并且针对时间推移地震的模型特点,自适应地提出了适用于时间推移地震反演模拟的快速精细稳定的算法——多尺度全变分方法,并且应用于三维时间推移地震反演模拟中,通过与传统算法比较,说明了本文所构造的算法是一种具有较高精度的快速稳定反演算法。 同主题文章 [1]. 陈勇,韩波. 时间推移地震反演的连续模型与算法' [J]. 地球物理学报. 2006.(04) [2]. 许年春,赵明阶,吴德伦. 节理岩体应力波反演模型研究' [J]. 岩土力学. 2007.(12) [3]. 王静,何挺,李玉环. 基于高光谱遥感技术的土地质量信息挖掘研究' [J]. 遥感学报. 2005.(04) [4]. 王艳姣,张培群,董文杰,张鹰. 基于BP人工神经网络的水体遥感测深方法研究(英文)' [J]. Marine Science Bulletin. 2007.(01) [5]. 王晓玥. 富营养化水体中氮磷物质与光谱反射率的相关性分析' [J]. 杭州师范大学学报(自然科学版). 2009.(06) [6]. 屈永华,王锦地. 遥感地表参数反演中的一种不确定性知识处理方法' [J]. 北京师范大学学报(自然科学版). 2007.(03) [7]. 刘斌，徐世浙. 电阻率测深一维反演的曲线对比法' [J]. 物探化探计算技术. 1995.(01)
多尺度方法在力学中的应用
多尺度方法在力学中的应用 作者杨陶令张鹏 指导老师苏先樾 １．背景概述 多尺度科学是一门研究各种不同长度或者时间尺度相互耦合现象的一门科学。多尺度科学的研究领域十分宽广，涵盖的学科之多难以一一罗列。在诸如流体动力学、复合材料力学、生物力学、环境科学、化学、地质学、气象学和高能物理之类的各门科学中，多尺度科学及其相应的方法发挥着相当重要的作用。正如同随机现象和非线性科学受到了广泛的重视一样，多尺度科学因其处于当代科学的许多极富挑战性问题的核心地位，未来的发展前途不可限量。 在材料科学领域中，材料的动态特性就是多尺度的问题。金属的塑性变形问题是从位错流动着手研究的，但是位错理论本身并不能预测塑性流动率和屈服强度——位错与晶界、点缺陷以及原子振动之间的相互作用才是导致诸如应变强化和材料强度特性动态变化等现象的主导因素。所以将固体的微观结构与原子层次的组成成分相结合来预测固体材料的宏观特性，就是材料科学的宏伟理想，并可期望达到人工设计材料的终极目标。 在气象学领域中，在大气环流模拟中计算尺度的典型数量级为100km，但是局部降水量、水汽含量以及某些风暴系统的数量级则要
小得多，因而必须在较小尺度层次上进行模拟，这也是典型的多尺度问题，应该用多尺度方法来处理。 必须说明的是，正是因为多尺度科学广泛的应用背景，多尺度方法作为一种研究的手段和方法，在各种截然不同的研究领域的应用过程中，往往与该研究领域的具体背景相结合，具有一定的特殊性。从算法的角度来说，与线性方程组的解法等常规算法不同的是，目前多尺度方法本身没有固定的算法格式，它所体现的更多的是一种研究的需求和应用的思想，在程序上的实现必须结合具体的研究模型，这将在下文中得到充分的体现。 ２．多尺度的力学分析方法 在多尺度的分析方法中已经发展了若干力学分析的方法，目前比较典型算法有：宏观－细观平均化计算方法、材料强度的统计计算方法等。下面将详细介绍这两种方法。 ２.１宏观－细观平均化计算方法 典型的宏观－细观平均化算法是：利用材料的细观周期性的胞元模型和强调宏观与细观之间相连接的广义自洽模型相结合所进行的计算。首先讨论胞元模型。胞元是材料的一个基本结构，它嵌含材料的细观几何和相结构的要素。就复合材料来说，胞元应嵌含颗粒形状、颗粒百分比、颗粒分布几何、基本结构、界面状况等要素。自洽方法是考虑宏观和细观交互作用的研究方法。广义自洽方法则是将平均化