Implicit Taylor methods for stiff stochastic differential equations

In this paper we discuss implicit Taylor methods for stiff Ito stochastic differential equations. Based on the relationship between Ito stochastic integrals and backward stochastic integrals, we introduce three implicit Taylor methods: the implicit Euler-Taylor method with strong order 0.5, the implicit Milstein-Taylor method with strong order 1.0 and the implicit Taylor method with strong order 1.5. The mean-square stability properties of the implicit Euler-Taylor and Milstein-Taylor methods are much better than those of the corresponding semi-implicit Euler and Milstein methods and these two implicit methods can be used to solve stochastic differential equations which are stiff in both the deterministic and the stochastic components. Numerical results are reported to show the convergence properties and the stability properties of these three implicit Taylor methods. The stability analysis and numerical results show that the implicit Euler-Taylor and Milstein-Taylor methods are very promising methods for stiff stochastic differential equations.

Coarse-grid higher order finite-difference time-domain algorithm with low dispersion errors

Higher order (2,4) FDTD schemes used for numerical solutions of Maxwell`s equations are focused on diminishing the truncation errors caused by the Taylor series expansion of the spatial derivatives. These schemes use a larger computational stencil, which generally makes use of the two constant coefficients, C-1 and C-2, for the four-point central-difference operators. In this paper we propose a novel way to diminish these truncation errors, in order to obtain more accurate numerical solutions of Maxwell`s equations. For such purpose, we present a method to individually optimize the pair of coefficients, C-1 and C-2, based on any desired grid size resolution and size of time step. Particularly, we are interested in using coarser grid discretizations to be able to simulate electrically large domains. The results of our optimization algorithm show a significant reduction in dispersion error and numerical anisotropy for all modeled grid size resolutions. Numerical simulations of free-space propagation verifies the very promising theoretical results. The model is also shown to perform well in more complex, realistic scenarios.

Algoritmos genéticos: aplicação na síntese de alguns algoritmos de controlo

Mestrado em Engenharia Electrotécnica e de Computadores. Área de Especialização de Automação e Sistemas.

Optimal approximation of fractional derivatives through discrete-time fractions using genetic algorithms

This study addresses the optimization of rational fraction approximations for the discrete-time calculation of fractional derivatives. The article starts by analyzing the standard techniques based on Taylor series and Padé expansions. In a second phase the paper re-evaluates the problem in an optimization perspective by tacking advantage of the flexibility of the genetic algorithms.

A New Model to Determine the Dispersion of Fatigue Damage Evaluations

Reliable predictions of remaining lives of civil or mechanical structures subjected to fatigue damage are very difficult to be made. In general, fatigue damage is extremely sensitive to the random variations of material mechanical properties, environment and loading. These variations may induce large dispersions when the structural fatigue life has to be predicted. Wirsching (1970) mentions dispersions of the order of 30 to 70 % of the mean calculated life. The presented paper introduces a model to estimate the fatigue damage dispersion based on known statistical distributions of the fatigue parameters (material properties and loading). The model is developed by expanding into Taylor series the set of equations that describe fatigue damage for crack initiation.

Exercise sheet 7 pdf

Exercises and solutions in PDF

Exercise sheet 2

Exercises and solutions in LaTex

Exam 99 pdf

Exam questions and solutions in PDF

Exercise sheet 12 pdf

Exercises and solutions in PDF

Exercise sheet 2 pdf

Exercises and solutions in PDF

Exercise sheet 12

Exercises and solutions in LaTex

Exercise sheet 7

Exercises and solutions in LaTex

Exam 99

Exam questions and solutions in LaTex

Desenvolupament, implementació i aplicació de noves metodologies per a l'estudi de la reactivitat química i de les propietats òptiques no lineals

El coneixement de la superfície d'energia potencial (PES) ha estat essencial en el món de la química teòrica per tal de discutir tant la reactivitat química com l'estructura i l'espectroscòpia molecular. En el camp de la reactivitat química es hem proposat continuar amb el desenvolupament de nova metodologia dins el marc de la teoria del funcional de la densitat conceptual. En particular aquesta tesis es centrarà en els següents punts: a) El nombre i la naturalesa dels seus punts estacionaris del PES poden sofrir canvis radicals modificant el nivell de càlcul utilitzats, de tal manera que per estar segurs de la seva naturalesa cal anar a nivells de càlcul molt elevats. La duresa és una mesura de la resistència d'un sistema químic a canviar la seva configuració electrònica, i segons el principi de màxima duresa on hi hagi un mínim o un màxim d'energia trobarem un màxim o un mínim de duresa, respectivament. A l'escollir tot un conjunt de reaccions problemàtiques des del punt de vista de presència de punts estacionaris erronis, hem observat que els perfils de duresa són més independents de la base i del mètode utilitzats, a més a més sempre presenten el perfil correcte. b) Hem desenvolupat noves expressions basades en les integracions dels kernels de duresa per tal de determinar la duresa global d'una molècula de manera més precisa que la utilitzada habitualment que està basada en el càlcul numèric de la derivada segona de l'energia respecte al número d'electrons. c) Hem estudiat la validesa del principis de màxima duresa i de mínima polaritzabiliat en les vibracions asimètriques en sistemes aromàtics. Hem trobat que per aquests sistemes alguns modes vibracionals incompleixen aquests principis i hem analitzat la relació d'aquest l'incompliment amb l'efecte de l'acoblament pseudo-Jahn-Teller. A més a més, hem postulat tot un conjunt de regles molt senzilles que ens permetien deduir si una molècula compliria o no aquests principis sense la realització de cap càlcul previ. Tota aquesta informació ha estat essencial per poder determinar exactament quines són les causes del compliment o l'incompliment del MHP i MPP. d) Finalment, hem realitzat una expansió de l'energia funcional en termes del nombre d'electrons i de les coordenades normals dintre del conjunt canònic. En la comparació d'aquesta expansió amb l'expansió de l'energia del nombre d'electrons i del potencial extern hem pogut recuperar d'una altra forma diferent tot un conjunt de relacions ja conegudes entre alguns coneguts descriptors de reactivitat del funcional de la densitat i en poden establir tot un conjunt de noves relacions i de nous descriptors. Dins del marc de les propietats moleculars es proposa generalitzar i millorar la metodologia pel càlcul de la contribució vibracional (Pvib) a les propietats òptiques no lineals (NLO). Tot i que la Pvib no s'ha tingut en compte en la majoria dels estudis teòrics publicats de les propietats NLO, recentment s'ha comprovat que la Pvib de diversos polímers orgànics amb altes propietats òptiques no lineals és fins i tot més gran que la contribució electrònica. Per tant, tenir en compte la Pvib és essencial en el disseny dels nous materials òptics no lineals utilitzats en el camp de la informàtica, les telecomunicacions i la tecnologia làser. Les principals línies d'aquesta tesis sobre aquest tema són: a) Hem calculat per primera vegada els termes d'alt ordre de Pvib de diversos polímers orgànics amb l'objectiu d'avaluar la seva importància i la convergència de les sèries de Taylor que defineixen aquestes contribucions vibracionals. b) Hem avaluat les contribucions electròniques i vibracionals per una sèrie de molècules orgàniques representatives utilitzant diferents metodologies, per tal de poder de determinar quina és la manera més senzilla per poder calcular les propietats NLO amb una precisió semiquantitativa.