🎨
Цвет акцента
Синий
Фиолетовый
Пурпурный
Учебник · Глава 7

Решение двумерных дифференциальных уравнений параболического типа.

9. Схема предиктор-корректор.
     9.1. Методика записи уравнений схемы.

     Рассмотрим ещё одну интерпретацию неявной разностной схемы (7.3), позволяющую (как и в случае схемы переменных направлений) добиться повышения порядка аппроксимации по времени, - схему предиктор-корректор.


     Данная схема требует особого способа расщепления интервала \(\displaystyle \Delta t\) (см. рисунок): интервал \(\displaystyle \Delta t\) между точками \(\displaystyle t^n\) и \(\displaystyle t^{n+1}\) на разностной сетке расщепляется пополам (полученная промежуточная точка обозначена, как \(\displaystyle t^{n+1/2}\)); интервал \(\displaystyle \Delta t/2\) между точками \(\displaystyle t^n\) и \(\displaystyle t^{n+1/2}\) снова расщепляется пополам (полученная промежуточная точка обозначена, как \(\displaystyle t^{n+1/4}\)).
     На первом полушаге интервала \(\displaystyle \Delta t/2\) записывается неявная разностная схема, в которой учитывается только производная второго порядка по координате x:
 
\(\displaystyle \frac{u_{j,k}^{n+1/4} - u_{j,k}^{n}}{\Delta t/2} = \sigma \frac{u_{j+1,k}^{n+1/4} - 2u_{j,k}^{n+1/4} + u_{j-1,k}^{n+1/4}}{h_x^2}.\)
(7.15)
     На втором полушаге интервала \(\displaystyle \Delta t/2\) записывается неявная разностная схема, в которой учитывается только производная второго порядка по координате y:
  \(\displaystyle \frac{u_{j,k}^{n+1/2} - u_{j,k}^{n+1/4}}{\Delta t/2} = \sigma \frac{u_{j,k+1}^{n+1/2} - 2u_{j,k}^{n+1/2} + u_{j,k-1}^{n+1/2}}{h_y^2}.\) (7.16)
     Результатом последовательного решения подсхем (7.15), (7.16), называемых в совокупности предиктором, являются значения функции u на шаге по времени (n + 1/2). Для завершения расчётов на всём интервале \(\displaystyle \Delta t\) используется поправочное разностное соотношение, называемое корректором:
  \(\displaystyle \frac{u_{j,k}^{n+1} - u_{j,k}^{n}}{\Delta t} = \sigma \frac{u_{j+1,k}^{n+1/2} - 2u_{j,k}^{n+1/2} + u_{j-1,k}^{n+1/2}}{h_x^2} + \sigma \frac{u_{j,k+1}^{n+1/2} - 2u_{j,k}^{n+1/2} + u_{j,k-1}^{n+1/2}}{h_y^2} - k u_{j,k}^{n+1/2} + f_{j,k}^{n+1/2}.\) (7.17)
Таким образом, схема предиктор-корректор в случае двумерных задач состоит из трёх подсхем.