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中国工业与应用数学学会会刊
主管:中华人民共和国教育部
主办:西安交通大学
ISSN 1005-3085  CN 61-1269/O1

当期目录

    2022年, 第39卷, 第4期 刊出日期:2022-08-15 上一期   
    等离子体物理中分数阶模型数值解法研究进展
    梅立泉, 郭士民
    2022 (4):  511-521.  doi: 10.3969/j.issn.1005-3085.2022.04.001
    摘要 ( 58 )   PDF(213KB) ( 385 )  
    宇宙中超过 99% 的可见物质由等离子体组成,天体物理以及空间物理中观测到的大量现象都可由等离子体的原理和规律描述。这些现象包括行星形成、太阳耀斑、恒星形成、太阳以及恒星星风、粒子加速、黑洞吸积与喷流、伽玛射线暴、超新星爆发、星系形成与演化、宇宙大尺度结构等等。与整数阶模型相比,分数阶方程可以精细地刻画等离子体中基于反常扩散过程的流体动力学行为的历史依赖性与长程相关性,将分数阶模型应用到等离子体物理领域将有重要的意义和前景。等离子体物理中分数阶模型数值解法的研究现状得到综述,并对未来的发展进行展望。
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    基于忆阻器的随机神经网络的稳定性
    王 芬
    2022 (4):  522-532.  doi: 10.3969/j.issn.1005-3085.2022.04.002
    摘要 ( 55 )   PDF(219KB) ( 173 )  
    与传统的神经网络相比,基于忆阻器的神经网络能够更好地反映突触的强度可变的这一特性,从而更好地模拟人脑的神经系统。在 Filippov 解的框架下,通过构造恰当的 Lyapunov 泛函,利用 It$\hat{\rm o}$ 微分公式、微分包含和集值映射理论,研究了一类基于忆阻器的随机神经网络的动力学行为,获得了确保该系统均方指数稳定的充分判别条件。最后,通过给出两个数值仿真的例子验证了结论的有效性。
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    改进的 QPSO 算法在自融资投资组合中的应用
    何 光, 卢小丽, 李高西
    2022 (4):  533-544.  doi: 10.3969/j.issn.1005-3085.2022.04.003
    摘要 ( 51 )   PDF(222KB) ( 79 )  
    针对量子粒子群优化 (Quantum Particle Swarm Optimization, QPSO) 算法的缺陷,提出了一种基于 L$\acute{\rm e}$vy 飞行策略和混合概率分布的改进量子粒子群优化 (Hybrid Quantum Particle Swarm Optimization, HQPSO) 算法。在算法的设计中,借助 L$\acute{\rm e}$vy 飞行策略对粒子位置的迭代公式进行更新,用于改善算法的局部收敛精度,增强其全局探索能力。另外,考虑到迭代后期的早熟问题,在势阱模型中引入了指数分布和正态分布相结合的混合概率分布,帮助算法及时逃离局部最优。基于 16 个基准函数的测试结果表明,HQPSO 算法在收敛精度和鲁棒性上比其他几种算法表现更好。最后,将改进的 QPSO 算法应用到自融资投资组合模型的求解中,其数值结果与差分进化、粒子群优化算法和量子粒子群优化算法相比,HQPSO 算法展现出更好的可比性和优越性。
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    非洲猪瘟疫情下中国猪肉价格波动性研究——基于 ARCH 族和 BVAR 模型
    孙大岩, 陈 磊, 布仁门德
    2022 (4):  545-558.  doi: 10.3969/j.issn.1005-3085.2022.04.004
    摘要 ( 53 )   PDF(584KB) ( 109 )  
    2018 年 8 月开始传入我国的非洲猪瘟疫情对我国的猪肉市场产生了持续性冲击,使得猪肉价格大幅度上涨,突破了历史最高值。选取2000 年 1 月至 2020 年 3 月的月度数据,采用 ARCH 族模型研究了猪肉价格波动的集簇性、高风险高回报性和非对称性;使用贝叶斯VAR 模型、脉冲响应和方差分解研究了玉米价格、城镇居民人均可支配收入、人民币兑美元汇率和猪疫情指数对猪肉价格的影响。得到的结论是猪肉价格条件方差存在波动“成群”现象;猪肉价格存在高风险高回报的特点;“利好消息”比“利空消息”能够带来更大的波动。玉米价格和汇率水平对猪肉价格有较强的正向影响,可支配收入对猪肉价格的正向影响作用较弱,而猪疫情对猪肉价格存在较强的负向影响。对于猪肉价格的波动贡献率从大到小依次是自身、汇率水平、城镇居民可支配收入、玉米价格和猪疫情指数。最后,提出了相应的解决对策。
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    永磁同步电动机位置伺服系统的自适应神经网络控制
    于 洋, 吴 峰, 王 巍
    2022 (4):  559-570.  doi: 10.3969/j.issn.1005-3085.2022.04.005
    摘要 ( 60 )   PDF(409KB) ( 62 )  
    针对需要考虑参数不确定和负载扰动的永磁同步电动机位置伺服系统,提出了一种新型的自适应神经网络控制方法。首先,利用神经网络建立永磁同步电动机的智能模型。其次,针对模型特点,在反步递推设计框架下,应用神经网络基函数的本质特征,并引入动态面控制技术克服控制设计中存在的“复杂性爆炸”问题,设计基于自适应神经网络动态面控制的位置跟踪算法。最后,仿真结果表明该控制方案是有效可行的,与反步递推控制方案相比,基于神经网络动态面控制的位置伺服系统的跟踪误差具有更快的收敛速度。通过设计新的神经网络自适应律,提出的自适应神经网络控制方法可以避免现有反步递推控制设计中存在的代数环问题。此外,提出的控制算法不仅能够克服不确定性因素对系统性能的影响,而且算法结构简单,易于实现。
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    异步切换下切换时变时滞系统的保成本控制
    李同彬, 高 娟
    2022 (4):  571-588.  doi: 10.3969/j.issn.1005-3085.2022.04.006
    摘要 ( 45 )   PDF(246KB) ( 58 )  
    切换系统是一种重要的混杂系统,由若干子系统及决定子系统之间切换的切换信号组成。在工程应用中,控制器切换与子系统的切换会存在时延,即异步切换。研究了异步切换下的时变时滞系统的保成本控制问题,利用分段李雅普诺夫函数法和平均驻留时间法,得到保成本控制器存在的充分条件,并从线性矩阵不等式的角度,设计了一个异步切换保成本控制器,使得系统具有鲁棒性能。最后,给出了一个数值例子验证提出的方法的有效性。
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    基于对数正态分布的新型冠状病毒肺炎病例统计特征分析
    赵宜宾, 张艳芳, 任晴晴
    2022 (4):  589-598.  doi: 10.3969/j.issn.1005-3085.2022.04.007
    摘要 ( 60 )   PDF(1119KB) ( 87 )  
    以信息完整、数据链清晰的天津市新型冠状病毒肺炎病例为样本,通过极大似然估计法提取对数正态分布数字特征,构建分析模型。基于对数正态分布对病例潜伏期规律的描述,在假定无症状感染者的潜伏期为接触到确诊的前提下,得到病例的潜伏期均值为 12.6 天左右,标准差约为 6.1 天,95% 的患者潜伏期在 24 天以内。通过超出量函数可得,潜伏期超过 24 天的患者,平均潜伏天数约为 30 天。以上结果是对某些患者具有超长潜伏期现象的合理解释。同时,利用单因素方差分析,可得新冠肺炎病毒潜伏期与年龄和性别无关,但与接触方式疑似有关。
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    基于 Beverton-Holt 出生函数的阶段结构传染病模型的稳定性和分支
    胡新利, 郑田田, 杨亚莉
    2022 (4):  599-609.  doi: 10.3969/j.issn.1005-3085.2022.04.008
    摘要 ( 58 )   PDF(563KB) ( 97 )  
    基于 Beverton-Holt 出生函数,考虑疾病仅在成年个体间传播且患病成年个体具有一定出生率等因素,建立了一类具有幼年和成年两个阶段的传染病模型。分析了模型平衡点的存在性,通过构造恰当的 Lyapunov 函数和定性分析,得到了模型平衡点的稳定性,并确定了模型出现后向分支的条件。最后,借助数值模拟验证了所得分析结果的正确性。
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    $M$ 矩阵的线性互补问题的误差界
    房喜明
    2022 (4):  610-620.  doi: 10.3969/j.issn.1005-3085.2022.04.009
    摘要 ( 54 )   PDF(240KB) ( 91 )  
    研究了线性互补问题的误差界。首先,利用主对角部分为单位矩阵的 $M$ 矩阵的一个函数,给出该类线性互补问题的误差界理论。之后,通过线性互补问题的模型转化,将误差界理论进行推广,给出系数矩阵为一般 $M$ 矩阵的线性互补问题的误差界。用低阶和高阶的例子对误差界理论进行了验证和比较。数值结果表明,提出的误差界理论是有效的和实用的。
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    弱罗马图和图的弱罗马控制的一些性质
    杨 剑, 李志强
    2022 (4):  621-630.  doi: 10.3969/j.issn.1005-3085.2022.04.010
    摘要 ( 60 )   PDF(256KB) ( 61 )  
    罗马控制是一个有丰富历史背景和数学背景的典型控制问题,它与计算机科学、交通安全监管控制、企业安全生产监管控制、组合优化、监视系统和社会网络等领域密切相关,具有重要的理论意义和应用价值。图的弱罗马控制数是图的弱罗马控制函数的最小权,记为$\gamma_{r}(G)$。图 $G$ 的控制集的最小基数称为最小控制数,记为 $\gamma(G)$。若图 $G$ 满足 $\gamma_{r}(G)=2\gamma(G)$,则称图 $G$ 是弱罗马图。用构造法确定了路 $P_{3}$,星 $K_{1, t} (t\geq2)$,由星 $K_{1, t_{1}},K_{1, t_{2}},\cdots,K_{1, t_{n}}\,(t_{i}\geq3, i=1,2,\cdots,n)$ 的中心点依次连接成一条路所构成的树 $T$,或由它们的外点连接构成的树$T$ 是弱罗马图,并给出了弱罗马图和图的弱罗马控制的一些性质。
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    图变换及其在图的最小无符号拉普拉斯特征值的应用
    冯小芸, 陈 旭, 王国平
    2022 (4):  631-647.  doi: 10.3969/j.issn.1005-3085.2022.04.011
    摘要 ( 44 )   PDF(317KB) ( 76 )  
    假定$G$是一个带有点集$V(G)=\{v_1, v_2,\cdots,v_n\}$的连通简单图,图$G$的邻接矩阵$A(G)=(a_{ij})_{n\times n}$,其中点$v_i$与点$v_j$相邻,则$a_{ij}=1$;否则$a_{ij}=0$。我们定义度矩阵$D(G)={\rm diag}(d_{G}(v_1), d_{G}(v_2),\cdots,d_{G}(v_n))$,其中$d_{G}(v_i)$是图$G$中点$v_i(1\leq i\leq n)$的度数。定义图$G$的无符号拉普拉斯矩阵$Q(G)=D(G)+A(G)$,因为$Q(G)$是一个半正定矩阵,所以可将其特征值设为$\lambda_1(G)\geq \lambda_2(G)\geq \cdots \geq \lambda_n(G)\geq 0$,其中特征值$\lambda_n(G)$也称为图$G$的最小无符号拉普拉斯特征值。对补图的最小无符号拉普拉斯特征值问题进行了研究,报告了相关问题的研究现状,给出了两种图变换,
    并且应用他们去确定所有双圈图的补图中最小无符号拉普拉斯特征值取最小的唯一图。
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    带分布时滞分数阶微分方程非振动解的存在性
    赵环环, 刘有军, 康淑瑰
    2022 (4):  648-656.  doi: 10.3969/j.issn.1005-3085.2022.04.012
    摘要 ( 48 )   PDF(165KB) ( 115 )  
    研究了一类中立型部分带有分布时滞且具有正负系数的分数阶微分方程,利用 Banach 压缩映像原理,通过克服算子构造和不等式放缩技巧,得到了方程有界的非振动解存在的充分条件,将其系数的适用范围拓展成不等于 1 和 $-1$ 的实数,并通过算例验证了相关结果。
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    体积约束的非局部扩散问题基于新的技巧的有限元方法
    葛志昊, 吴慧丽
    2022 (4):  657-664.  doi: 10.3969/j.issn.1005-3085.2022.04.013
    摘要 ( 46 )   PDF(373KB) ( 62 )  
    体积约束的非局部扩散问题在复合材料的断裂、多晶体的断裂、纳米纤维网络、裂缝的不稳定、图像处理等领域有重要应用,现存的数值方法精度不高。因此,设计一种高阶的有限元方法来求解二维体积约束的非局部扩散问题是十分必要的,但需克服维数增加带来的自由度骤增的困难。为此,采用了一种新技巧计算线性元的刚度矩阵,该数值方法的刚度矩阵是从一个新的矩阵$B$中提取的,该矩阵易于计算,并给出了单元的编码原理和数值计算节点的编码表达式,并通过数值算例验证了该方法对二维体积约束的非局部扩散问题具有几乎最优收敛阶。值得一提的是,求解二维体积约束的非局部扩散问题并不是平凡的。
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    带状态依赖时滞微分方程的周期与几乎周期解的应用
    周 辉, 王 文
    2022 (4):  665-671.  doi: 10.3969/j.issn.1005-3085.2022.04.014
    摘要 ( 47 )   PDF(147KB) ( 166 )  
    周期或几乎周期现象普遍存在于自然界中,而借助微分方程可更好地描述这些现象的动力学行为。而时滞效应常常伴随在一些实际系统中,将分别研究一类带有状态依赖时滞的周期驱动的微分方程和几乎周期驱动的微分方程。利用Schauder不动点定理,分别建立所研究方程的周期解与几乎周期解的存在性判据。同时,最后给出两个例子一一例证文中所得到的主要结果的可行性。
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    一类广义 NLS-MKdV 方程族及其双哈密顿结构
    董凤娇, 胡贝贝
    2022 (4):  672-680.  doi: 10.3969/j.issn.1005-3085.2022.04.015
    摘要 ( 45 )   PDF(159KB) ( 354 )  
    从矩阵谱问题出发,讨论了一类广义 NLS-MKdV 方程族和双哈密顿结构。首先,基于 Loop Lie 代数 sl $(2,{\bf R})$ 构造了的广义 NLS-MKdV 方程族。其次,利用迹恒等式 (变分恒等式) 得到了广义 NLS-MKdV 方程的双 Hamilton 结构表示形式。再者,构造了带自相容源的广义 NLS-MKdV 方程族。最后,借助 Riccati 方程研究了广义 NLS-MKdV 方程族的守恒律。
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