偏微分方程算法之克兰克-尼科尔森法(Crank-Nicolson法)

一、研究对象

       从偏微分方程的向前欧拉法和向后欧拉法的计算结果分析可知,向前欧拉法虽然计算简单但稳定性差,收敛要求高,只有选择合理的时间、空间步长时才能确保数值计算收敛;向后欧拉法则不需要考虑时间、空间步长的选取,但需要在每个时间层上求解一个线性方程组,计算量大。同时,两种方法在时间、空间步长均减半的情况下,计算误差无法确定性的减少1/4,而是减少1/2到1/4。为了实现误差与步长同比例变化,我们可以通过对时间的一阶偏导数采用二阶中心差商的方式,提升收敛速度。

       我们继续以与向前、向后欧拉法相同的抛物型方程初边值问题为研究对象:

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