Physical laws governing population dynamics are generally expressed as differential equations. Research in recent decades has incorporated fractional-order (non-integer) derivatives into differential models of natural phenomena, such as reaction-diffusion systems. In this paper, we develop a method to numerically solve a multi-component and multi-dimensional space-fractional system. For space discretization, we apply a Fourier spectral method that is suited for multidimensional PDE systems. Efficient approximation of time-stepping is accomplished with a locally one dimensional exponential time differencing approach. We show the effect of different fractional parameters on growth models and consider the convergence, stability, and uniqueness of solutions, as well as the biological interpretation of parameters and boundary conditions.


翻译:管辖人口动态的物理法通常以差异方程表示,近几十年来的研究已将分序(非整数)衍生物纳入各种自然现象的不同模型中,例如反扩散系统。在本文件中,我们开发了一种方法,从数字上解决多构件和多维的空间碎片系统。对于空间分解,我们采用了适合多维PDE系统的Fourier光谱法。时间间隔的有效近似是用一个局部的一维指数时间差异法完成的。我们展示了不同分数参数对增长模型的影响,考虑了解决办法的趋同、稳定性和独特性,以及参数和边界条件的生物解释。

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