Implementing and executing numerical algorithms to solve fractional differential equations has been less straightforward than using their integer-order counterparts, posing challenges for practitioners who wish to incorporate fractional calculus in applied case studies. Hence, we created an open-source Julia package, FdeSolver, that provides numerical solutions for fractional-order differential equations based on product-integration rules, predictor-corrector algorithms, and the Newton-Raphson method. The package covers solutions for one-dimensional equations with orders of positive real numbers. For high-dimensional systems, the orders of positive real numbers are limited to less than (and equal to) one. Incommensurate derivatives are allowed and defined in the Caputo sense. Here, we summarize the implementation for a representative class of problems, provide comparisons with available alternatives in Julia and Matlab, describe our adherence to good practices in open research software development, and demonstrate the practical performance of the methods in two applications; we show how to simulate microbial community dynamics and model the spread of Covid-19 by fitting the order of derivatives based on epidemiological observations. Overall, these results highlight the efficiency, reliability, and practicality of the FdeSolver Julia package.


翻译:用于解决分差方程式的计算算法的实施和实施不如使用其整数-顺序对应方的算法简单,对希望在应用案例研究中纳入分微微微积分的从业人员提出了挑战,因此,我们创建了一个开放源码的Julia软件包FdeSolver,为基于产品集成规则、预测者-纠正者算法和牛顿-拉夫森方法的分数差异方程式提供了数字解决办法。软件包涵盖了具有正数序列的单维方程式的解决方案。对于高维系统,正数实际数的顺序限制在低于(和等于)1。卡普托意义上的允许和定义不相配衍生物。在这里,我们总结了具有代表性的问题类别的实施情况,提供了与朱莉亚和Matlab现有替代物的比较,描述了我们在开发开放研究软件中采用的良好做法,并展示了两种应用方法的实际表现;我们展示了如何模拟微生物群动态和Covid-19的扩展模式,即根据流行病学观察对衍生物的顺序进行模拟。总体而言,这些结果突出了朱丽亚-斯蒂亚的组合的效率、可靠性和实用性。

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