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人工智能加速科学仿真、设计、控制和发现 吴泰霖 计算物理    2025, 42 (2): 127-145.   DOI: 10.19596/j.cnki.1001-246x.9020 摘要 （313）   HTML （24）    PDF （22676KB）（238）    可视化    近年来, 随着AI for science(科学智能)的蓬勃发展, 人工智能与各门学科的交叉融合逐渐成为一个显著的科学研究趋势。但是, AI for science所涉及的范围很广、学科众多, 因此, 将其梳理成一个统一的体系能够更好地为初入领域的研究者导航。本文认为, 尽管每一门学科研究的对象、方法看似千差万别, 但人工智能可以为科学研究提供一套普适的范式和方法, 解决各科学领域内的重要问题。本文将从科学仿真、设计和控制、发现三个方面展开综述, 明确任务设置, 梳理当前的代表性工作, 并通过具体的例子, 阐释人工智能如何为科学研究助力, 以期使读者能够更好应用已有的方法, 或者研究新的方法。 图表 | 参考文献 | 相关文章 | 多维度评价

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从混沌时间序列同时计算关联维和Kolmogorov熵 赵贵兵, 石炎福, 段文锋, 余华瑞 计算物理    1999, 16 (3): 309-315.   摘要 （513）      PDF （279KB）（2413）    可视化    在G-P算法的基础上提出用最小二乘法从时间序列同时计算出关联维和Kolmogorov熵的方法。对混沌系统,从本方法得出的关联维是最优的,同时也得到了Kolmogorov熵的稳定估计。并用Rosler吸引子和Lorenz吸引子为例证实了这一算法。 相关文章 | 多维度评价

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辐射扩散计算方法若干研究进展 袁光伟, 杭旭登, 盛志强, 岳晶岩 计算物理    2009, 26 (4): 475-500.   摘要 （578）      PDF （1809KB）（3783）    可视化    辐射流体力学研究辐射的传输对流体运动的影响,并在此条件下研究流体的运动规律.实际应用问题中辐射流体力学所描述的是非常复杂的物理过程,数值模拟是主要的研究手段之一.模拟通常采用流体计算和辐射计算分裂求解的方法.讨论求解辐射扩散方程时迫切需要解决的一些计算方法问题,包括大变形网格上扩散计算格式与非线性迭代方法,并简要介绍部分研究进展. 相关文章 | 多维度评价

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基于多项式混沌的全局敏感度分析 胡军, 张树道 计算物理    2016, 33 (1): 1-14.   摘要 （360）   HTML （14）    PDF （658KB）（2173）    可视化    回顾基于多项式混沌和方差分解的全局敏感度分析方法，针对高维数随机空间和高阶多项式混沌展开面临的“维数灾难”问题，采用回归法、稀疏网格积分及基于l1优化的稀疏重构技术（即压缩感知技术）来减少非嵌入式多项式混沌方法所需的样本配置点数目.针对几个典型响应面模型（包括Ishigami函数、Sobol函数、Corner peak函数和Morris函数）进行Sobol全局敏感度指标计算，展示多项式混沌方法在基于方差分解的全局敏感度分析中的有效性. 参考文献 | 相关文章 | 多维度评价

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基于Cahn-Hilliard相场方程的气体动理学格式 钟豪, 朱炼华, 包进, 郭照立 计算物理    2025, 42 (2): 171-181.   DOI: 10.19596/j.cnki.1001-246x.8862 摘要 （33）   HTML （0）    PDF （5287KB）（152）    可视化    在有限体积的框架下, 构造基于Cahn-Hilliard相场方程的气体动理学格式, 其界面通量由Chapman-Enskog一阶近似确定。进一步证明提出的模型可准确恢复至Cahn-Hilliard方程。通过若干算例对该模型进行测试, 并与相应的格子玻尔兹曼方法进行对比。结果表明, 该模型在界面捕捉方面具有较好的精度和数值稳定性。本文的研究拓展了气体动理学格式在相场理论的应用, 并为两相流体系统的模拟提供了方案。 图表 | 参考文献 | 相关文章 | 多维度评价

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量子蒙特卡罗及其在凝聚态和温稠密物质中的应用 马天星, 郭婷, 黄忠兵, 林海青 计算物理    2024, 41 (6): 701-716.   DOI: 10.19596/j.cnki.1001-246x.8974 摘要 （202）   HTML （13）    PDF （908KB）（496）    可视化    对量子蒙特卡罗方法的发展历程和几类典型的量子蒙特卡罗方法进行了详细介绍。总结分析了其在凝聚态物质系统的输运、磁性、超导和热力学性质等方面的研究成果, 以及在温稠密物质方面的最新研究进展。最后对量子蒙特卡罗方法的发展前景进行展望。 参考文献 | 相关文章 | 多维度评价

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粒子模拟程序的发展及其在激光等离子体相互作用研究中的应用 陈民, 盛政明, 郑君, 马燕云, 张杰 计算物理    2008, 25 (1): 43-50.   摘要 （559）      PDF （637KB）（2250）    可视化    介绍针对超短超强激光脉冲与等离子体相互作用研究的多维粒子模拟程序KLAP.在其一维程序KLAP1D中,考虑场电离、碰撞离化及两体碰撞效应后,程序可以用于研究短脉冲激光与中性物质的相互作用.在其三维程序KLAP3D中,为了研究加速能量达GeV的长距离激光尾波场加速问题,程序采用移动窗口技术,使得模拟尺度可以达到厘米量级.同时介绍了利用KLAP程序得到的有关THz辐射、激光与中性气体相互作用中的脉冲及离化波前演化、激光固体靶作用中表面电子加速及激光尾波场加速的研究实例. 相关文章 | 多维度评价

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数值反应堆多物理耦合关键技术 邓力, 史敦福, 李刚 计算物理    2016, 33 (6): 631-638.   摘要 （1063）   HTML （116）    PDF （1623KB）（3427）    可视化    随着计算机的快速发展和超算的应用，开展反应堆多物理、多尺度、多过程耦合成为可能.数值反应堆通过构建一个虚拟堆，在其上开展多物理过程研究，把过去孤立的过程耦合起来，去掉各种简化和近似，向高保真、精密计算逼近.研究手段由实验驱动、工程导向，向科学数值模拟转变.通过调研美国的CASL（The Consortium for Advanced Simulation of Light Water Reactors）计划和欧洲的NURESAFE（Nuclear Reactor Safety Simulation Platform）计划，结合近年核能开发中面临的挑战问题，包括软件自主化中的一些关键技术，提出在国内开展数值反应堆工程的建议设想，供业内专家学者共同探讨. 参考文献 | 相关文章 | 多维度评价

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粒子输运蒙特卡罗模拟现状概述 邓力, 李刚 计算物理    2010, 27 (6): 791-798.   摘要 （638）      PDF （475KB）（2282）    可视化    蒙特卡罗(MC)方法发展已有60多年历史,广泛应用于核科学及相关领域.MC方法超强的几何处理能力,使用精密的连续点截面参数,能够模拟各种复杂几何系统内的中子、光子、电子、α粒子、质子及其耦合输运问题.随着计算机的快速发展,通过大规模并行计算,MC方法及程序已成为模拟各种粒子输运问题的首选工具. 相关文章 | 多维度评价

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温稠密物质状态方程的路径积分蒙特卡罗方法研究进展 颜子翔, 康炜, 张维岩, 贺贤土 计算物理    2023, 40 (2): 258-274.   DOI: 10.19596/j.cnki.1001-246x.8599 摘要 （60）   HTML （12）    PDF （4085KB）（1173）    可视化    首先对路径积分蒙特卡罗(PIMC)方法的基本原理进行详细介绍, 重点综述该方法处理费米系统的手段。然后对PIMC方法在计算多种体系的状态方程所取得的成果进行总结比较, 分析该方法的优点与不足。最后对PIMC方法未来的发展方向做出展望。 图表 | 参考文献 | 相关文章 | 多维度评价

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径向基函数插值方法在动网格技术中的应用 林言中, 陈兵, 徐旭 计算物理    2012, 29 (2): 191-197.   摘要 （487）      PDF （6186KB）（3197）    可视化    分析用于非结构网格的弹簧比拟和用于结构网格的无限插值动态网格方法在实际应用中的优缺点,提出无需网格连接关系的基于径向基函数(radial basis functions,RBF)插值的动网格技术并编制相应的网格运动计算程序.以二维菱形翼的旋转运动及三维菱形翼的柔性变形为例,分析不同基函数和紧支半径的选取对网格质量及计算效率的影响,并通过与弹簧比拟方法的对比验证了RBF方法的有效性.结果表明:RBF方法数据结构简单,计算效率高,适应大变形能力强,可以有效地实现计算流体力学中的网格运动问题. 相关文章 | 多维度评价

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均匀风场作用下黏性可压缩射流稳定性分析 赵腾飞, 张华 计算物理    2025, 42 (1): 1-9.   DOI: 10.19596/j.cnki.1001-246x.8835 摘要 （101）   HTML （7）    PDF （1818KB）（167）    可视化    针对均匀风场作用下黏性可压缩射流稳定性问题, 基于线性稳定性理论, 建立均匀风场作用下黏性可压缩液体射流稳定性的数学模型, 并对数学模型的正确性及其求解方法进行验证。研究表明: 均匀风场对流体轴对称扰动和非轴对称扰动的影响作用相同, 且在扰动中占主要形式的是非轴对称扰动。气相压缩性使射流稳定性变差, 而液相压缩性对射流稳定性的影响微乎其微。均匀风场对射流稳定性的影响主要体现在: 顺风风场能够促进射流的稳定性, 抑制分裂与雾化现象的发生; 逆风风场能够抑制射流的稳定性, 促进分裂与雾化现象的发生。 图表 | 参考文献 | 相关文章 | 多维度评价

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全局排序的高维多目标差分进化算法在供热管网阻力辨识中的应用 于君利, 周恩泽, 刘壮阔, 徐文晓, 杨英帅, 相明宇 计算物理    2025, 42 (1): 118-126.   DOI: 10.19596/j.cnki.1001-246x.8825 摘要 （44）   HTML （1）    PDF （4868KB）（150）    可视化    开发一种基于全局排序的高维多目标差分进化算法作为热网阻力系数辨识方法, 将多目标算法运用于热网阻力辨识中, 并改进阻力辨识的计算流程; 将模糊数学方法运用到阻力辨识过程中, 通过辨识每根管段产生一组最优解集, 依据模糊隶属度从最优解集中选取最优解, 解决了最优解的确定问题。研究结果表明: 与单目标算法相比, 基于全局排序的高维多目标差分进化算法产生的最优解集分布均匀且集中, 获得的最优解精度较高。 图表 | 参考文献 | 相关文章 | 多维度评价

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光滑质点流体动力学(SPH)方法(综述) 张锁春 计算物理    1996, 13 (4): 385-397.   摘要 （569）      PDF （435KB）（2930）    可视化    综合介绍了一种新的纯(Lagrangian方法——光滑质点流体动力学(SPH)方法,由于它计算空间导数时不需要使用网格,从而避免了高维拉氏差分网格法中的网格缠结和扭曲的麻烦,它对非对称的和内含真空区域的三维问题特别有效。重点介绍了该方法的理论基础,流体动力学方程组的推导,人为粘性和热传导,自引力、汇和磁场,光滑核的选取,以及SPH执行过程等有关问题 相关文章 | 多维度评价

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KDF-SPH方法在分数阶对流扩散方程数值解中的应用 张秀霞, 热合买提江·依明 计算物理    2025, 42 (1): 18-27.   DOI: 10.19596/j.cnki.1001-246x.8820 摘要 （42）   HTML （2）    PDF （4528KB）（155）    可视化    将光滑粒子流体动力学(SPH)方法基础上提出的避免核函数导数的SPH (KDF-SPH)方法应用到时间分数阶对流扩散方程的数值求解。在时间分数阶对流扩散方程的模拟计算过程中, 对Caputo时间分数阶导数采用有限差分方法(FDM), 对空间导数分别采用KDF-SPH方法和SPH方法。结果表明: KDF-SPH方法比SPH方法误差小。KDF-SPH保留了SPH (无网格、拉格朗日和粒子性质)的优点, 该方法在减少误差以及保持稳定性方面发挥了较大作用。无论核梯度是否存在, 数值近似都可以进行, 避免了核函数导数的计算, 降低了对核函数可导性的要求, 提高了计算效率, 易于编程实现, 便于扩展高维问题的计算。 图表 | 参考文献 | 相关文章 | 多维度评价

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量子计算加速的解法器算法及应用综述 许康, 李泽阳, 郭竹丰, 沈颖童, 王威, 缑敏辉, 王子正, 王玉坤, 刘伟峰 计算物理    2024, 41 (1): 131-150.   DOI: 10.19596/j.cnki.1001-246x.8778 摘要 （602）   HTML （25）    PDF （1957KB）（1524）    可视化    量子计算作为一种基于量子力学原理的全新计算模型, 具有强大的并行性和潜在的颠覆性影响力, 为解决复杂问题提供了新的思路。本文的主要目标是对量子计算在大规模科学与工程计算领域中数值计算问题的解法器算法和应用进行综述。重点介绍量子计算在线性方程组、特征值问题、微分方程、哈密顿量与图计算、量子机器学习、量子解法器平台以及实际数值模拟等领域的具体应用。针对不同的数值计算问题, 详细讨论当前主流的量子计算算法, 并总结近年来国内外相关算法的研究进展。最后, 对量子计算在数值计算求解相关研究方向的未来发展趋势进行展望。 图表 | 参考文献 | 相关文章 | 多维度评价

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混合流体-PIC物理建模及其在激光聚变中的应用 蔡洪波, 许育培, 姚沛霖, 张恩浩, 黄翰霄, 朱少平, 贺贤土 计算物理    2023, 40 (2): 159-168.   DOI: 10.19596/j.cnki.1001-246x.8602 摘要 （118）   HTML （11）    PDF （6420KB）（1304）    可视化    本文探索性地建立混合流体-PIC(particle-in-cell)模拟方法, 电子用无质量的流体描述, 多组分离子用PIC粒子描述; 流体运动通过求解电子磁流体方程组来获得, 电磁场通过求解Ohm定律和Faraday定律来获得。针对激光聚变等离子体条件, 利用混合流体-PIC模拟研究高能量密度条件下冲击波结构及其特性、流体力学界面不稳定性演化的影响等问题。混合流体-PIC物理建模为研究等离子体效应对冲击波和界面不稳定性的影响提供了新的研究手段。 图表 | 参考文献 | 相关文章 | 多维度评价

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一种基于Picard迭代求解不可压缩Navier-Stokes方程的速度修正投影法 尹林茂, 张玉龙, 杨洋, 肖福建, 蒋秉颜 计算物理    2025, 42 (1): 10-17.   DOI: 10.19596/j.cnki.1001-246x.8810 摘要 （99）   HTML （7）    PDF （2398KB）（154）    可视化    介绍基于速度修正投影技术处理不可压缩Navier-Stokes方程的实施流程, 并引入Picard线性化处理速度控制方程中的对流项, 从而发展出一种基于Picard迭代的速度修正投影法。相较于传统方法, 经过Picard线性化处理后的投影法可以采用更大的时间步长进行求解, 提高了求解方法的稳定性, 并且收敛精度也符合要求, 证实了求解方法的可靠性。 图表 | 参考文献 | 相关文章 | 多维度评价

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三维脊型光波导模斑转换器的设计和优化 张夕飞, 肖金标, 蔡纯, 张明德, 孙小菡 计算物理    2005, 22 (2): 171-178.   摘要 （423）      PDF （403KB）（1570）    可视化    在三维有限差分束传播法对脊形光波导的结构参数分析和优化的基础上,对单模光纤和脊形光波导连接耦合用模斑转换器进行了深入的研究,重点分析了影响模斑转换器性能的各种因素,如侧面边界、长度、大端宽度和厚度,以及连接光纤和模斑转换器的过渡波导的有关参数.仿真结果表明,三维锥形光波导模斑转换器大端宽度和厚度在11.5~13.5μm和4.5~6.5μm之间,且长度为200~500μm时插入损耗可低达2dB,比二维锥形光波导模斑转换器的插入损耗约减小2dB,其对横向偏移的容差也远远高于二维锥形光波导模斑转换器,合理的使用非线性边界的模斑转换器可以获得比线性边界的模斑转换器更小的插入损耗;过渡波导的宽度、芯层厚度应和三维锥形光波导模斑转换器的大端宽度和厚度一致,且其长度为150μm左右时损耗较小;另外,此类模斑转换器在减小耦合损耗的同时,还可以有效的进行光波模式的转换. 相关文章 | 多维度评价

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偏心圆环空间内自然对流的确定性及混沌 许一帆, 张虎明, 赵明 计算物理    2025, 42 (1): 28-37.   DOI: 10.19596/j.cnki.1001-246x.8840 摘要 （75）   HTML （0）    PDF （4795KB）（151）    可视化    使用格子Boltzmann方法(LBM)研究偏心圆环空间内自然对流的非线性特性。通过最大李雅普诺夫指数图谱与游程检验的方法, 数学判定系统在高瑞利数时发展为混沌态; 根据数值解的相空间与功率谱密度(PSD)特性刻画系统通向混沌的历程。结果表明: 随着瑞利数(Ra)的增大, 偏心圆环系统的确定性解经过Hopf分岔转变为周期震荡解, 相空间轨迹由不动点转变为极限环; 随着Ra的进一步增加, 稳定的极限环分岔为二维环面, 系统进入拟周期态; 当Ra达到临界值时, 系统的相空间轨迹呈快速的指数级分离, 变得极其复杂, 其功率谱密度出现大量不可通约的基频, 混沌吸引子出现, Hopf分岔又一次发生, 最终进入混沌。 图表 | 参考文献 | 相关文章 | 多维度评价