A novel class of high-order linearly implicit energy-preserving exponential integrators are proposed for the nonlinear Schr\"odinger equation. We firstly done that the original equation is reformulated into a new form with a modified quadratic energy by the scalar auxiliary variable approach. The spatial derivatives of the system are then approximated with the standard Fourier pseudo-spectral method. Subsequently, we apply the extrapolation technique to the nonlinear term of the semi-discretized system and a linearized system is obtained. Based on the Lawson transformation, the linearized system is rewritten as an equivalent one and we further apply the symplectic Runge-Kutta method to the resulting system to gain a fully discrete scheme. We show that the proposed scheme can produce numerical solutions along which the modified energy is precisely conserved, as is the case with the analytical solution and is extremely efficient in the sense that only linear equations with constant coefficients need to be solved at every time step. Numerical results are addressed to demonstrate the remarkable superiority of the proposed schemes in comparison with other high-order structure-preserving method.


翻译:在非线性Schr\'odinger等式中,提出了一种新型的高阶线性线性隐含能量保护指数集成器。 我们首先完成的是, 原始方程式被重新改制成一种新形式, 由星际辅助变量法修改二次能量。 然后, 系统的空间衍生物与标准的 Fourier 伪光谱法相近。 随后, 我们将外推法应用到半分解系统和线性系统的非线性术语上。 根据劳森转换, 线性化系统被重写成一个等效系统, 我们进一步对由此形成的系统应用静脉冲- Kutta 方法, 以获得一个完全离散的系统。 我们表明, 拟议的方案可以产生数字解决方案, 从而精确地保存了经修改的能量, 正如分析解决方案的情况一样, 并且非常有效, 也就是说, 只需要每一步解决带有恒定系数的线性方程式的线性方程式。 数字结果将显示, 与其他高阶结构保全方法相比, 所拟议的方案具有显著的优势 。

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