This paper develops fast and accurate linear finite element method and fourth-order compact difference method combined with matrix transfer technique to solve high dimensional time-space fractional diffusion problem with spectral fractional Laplacian in space. In addition, a fast time stepping $L1$ scheme is used for time discretization. We can exactly evaluate fractional power of matrix in the proposed schemes, and perform matrix-vector multiplication by directly using a discrete sine transform and its inverse transform, which doesn't need to resort to any iteration method and can significantly reduce computation cost and memory. Further, we address the convergence analyses of full discrete scheme based on two types of spatial numerical methods. Finally, ample numerical examples are delivered to illustrate our theoretical analyses and the efficiency of the suggested schemes.


翻译:本文开发了快速和准确的线性有限元素法和第四级紧凑差异法,并与矩阵传输技术相结合,以解决空间光谱分数的光谱拉帕拉西亚的高维时空碎片扩散问题;此外,对时间分解也采用了快速时间跨步1美元方案;我们可以精确地评估拟议方案中矩阵的分力,并通过直接使用离线正弦变换及其反向变换来进行矩阵-矢量乘法,而无需使用任何迭代法,从而大大减少计算成本和内存。此外,我们还根据两种空间数字方法对全离散方案进行了趋同分析。最后,我们提供了大量的数字实例,以说明我们理论分析和建议方案的效率。

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