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小波方法求解偏微分方程主要借助谱方法、有限差分方法、有限元法与自适应策略的优点,对于偏微分方程的奇异性和瞬时突变性问题能得到高精度表示。但是,传统小波数值方法的不足之处就是处理边界条件较为繁琐,并且不适合于复杂区域和不规则采样的实际需要。本文根据提升格式理论,构造了第二代小波,同时,研究了第二代小波在偏微分方程求解中的应用,形成了基于第二代小波的自适应数值算法。主要完成了以下的工作:
(1)介绍了第二代小波的基本概念,根据提升格式的基本理论,利用样条插值构造了一组新的预测算子和更新算子,由此构造的第二代小波在保证其振幅衰减,局部非零,具有波动性特征外,其正则性较高;同时实现了基于样条插值的第二代小波变换,验证了其提取高频信号的有效性,给出了用第二代小波稀疏表达式来进行函数逼近的方法。
(2)根据第二代小波变换计算效率高和易实现自适应的特性,将微分方程的数值解映射到小波系数空间,参考小波系数选择合适的阈值,构造自适应网格。在大于阈值的小波系数所对应的区域内,用径向基函数插值方法进行网格细化,适当增加小波函数的尺度,提高基函数的分辨率,因而能捕捉到数值解的突变结构;同时,将小波逆变换引入到方程数值解的逼近过程中,避免了直接在小波基上的运算,提高了算法的执行效率。在自适应网格上关于空间变量的导数计算采用变步长的有限差分法,在时间方向上用向前差分进行迭代求解。