一类抛物型方程反问题的Levenberg-Marquardt算法研究

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抛物型方程反问题是一个多学科交叉,带有边缘学科性质的前沿研究课题。它在大气测量、无损探伤、图像处理、特别是地球物理勘探等领域有着重要的应用。由于反问题的不适定性与非线性性,使得它的理论与求解都比正问题困难得多,而且涉及面广。本文以抛物型方程反问题为研究背景,对其数值解法进行了研究,内容包括以下几点:  1抛物型方程反问题的求解强烈依赖于高精度正问题的求解,本文采用有限元方法解决一维、二维以及三维抛物型方程的正问题,并给出了有限元离散过程和误差比较。  2将抛物型方程反问题转化为非线性优化问题,采用L-M算法来求解,重点对抛物型方程的未知函数反问题进行了研究。  3标准的L-M算法在求解灵敏度矩阵时采用的是有限差分法,这往往会造成比较大的误差。本文在标准L-M算法的基础上进行了改进,提出用有限元法来求解灵敏度矩阵,从而克服标准方法的不足。  4由于L-M算法对初始值的选取要求比较严格,本文在L-M算法的基础上,加入遗传算法、微分进化算法,提出一种带有初始猜测的L-M算法,通过对抛物型方程反问题进行数值模拟,得到了满意的效果。由于初始值的选取不再是盲目的,从而避免了L-M算法陷入局部极值的风险,因此节省了反演时间,减少了不必要的重复试验。
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