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分数阶微分方程数值实验实验题目:考虑分数阶扩散微分方程这里的,,其中初值为,边值,其真解为,计算其数值解。实验算法:1.将空间区间等距剖分成段,个节点为;将时间区间等距剖分成段,个节点为。2.将方程组中的用有限算子离散,即其中,其中是分数阶。再对利用中心差分进行离散,那么得到的离散格式将方程中的利用进行离散,其中为时间步长方程的离散格式为即〔1.2〕,等价于下面的矩阵形式〔1.3〕其中,这里的,要求方程的数值解,即求系统。程序代码:functiongg_alph=g(M,alph)gg_alph=zeros(M+1,1);gg_alph(1,1)=1;fori=1:Mgg_alph(i+1,1)=gamma(i-alph)/(gamma(-alph)*gamma(i+1));endEnd主程序T=1;M=100;%空间步数N=M;%时间步数h=1/M;%空间步长tau=T/N;%时间步长x=0:h:1;t=0:tau:T;alph=1.8;ue=zeros(M+1,N+1);u=ue;D=zeros(M-1,1);a=D;f=@(x,t)-(1+x).*exp(-t).*x.^3;%右端函数initial_condation=@(x)x.^3;left_boundary=@(t)0;right_boundary=@(t)exp(-t);exact=@(x,t)exp(-t).*x.^3;d=@(x)gamma(2.2)*x.^2.8/6;fork=1:N+1ue(1:end,k)=exact(x(1:end),t(k));%真解end%问题初边值条件u(1:end,1)=initial_condation(x);u(1,1:end)=left_boundary(t);u(end,1:end)=right_boundary(t);%构造矩阵AA=zeros(M-1,M-1);fori=1:M-1D(i,1)=d(x(i+1));enda=tau*D/(2*h^alph);gg=g(M,alph);fori=1:M-1fork=1:N-1ifk<=i-1A(i,k)=a(i,1)*gg(i-k+2,1);elseifk==iA(i,k)=a(i,1)*gg(2,1);elseifk==i+1A(i,k)=a(i,1)*gg(1,1);elseA(i,k)=0;endendendfork=1:Nb=(eye(M-1)+A)*u(2:end-1,k)+tau*f(x(2:end-1),t(k)+tau/2)'+...a.*(gg(3:end)*(u(1,k+1)+u(1,k)).*ones(M-1,1));b(end,1)=b(end,1)+a(end,1)*gg(1)*(u(end,k+1)+u(end,k));u(2:end-1,k+1)=(eye(M-1)-A)\b;%数
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