Хокни Роджер, Иствуд Джеймс. Численное моделирование методом частиц

Монография. — Пер. с англ. А.С. Липатова, А.Н. Полюдова; Под ред. Р.З. Сагдеева, В. И. Шевченко. — М.: Мир, 1987. — 638 с.: ил.Монография известных английских специалистов, охватывающая широкий круг проблем численного моделирования физических процессов методом частиц. Материал изложен подробно, представлены основные этапы моделирования, много внимания уделено тестированию программ на ЭВМ.Для математиков-прикладников, специалистов по численным методам, физиков, инженеров, студентов и аспирантов университетов.Предлагаемая читателю монография известных английских специалистов Р. Хокни и Дж. Иствуда является первой в мировой литературе книгой, целиком посвящённой методу частиц для моделирования плазмы и плазмоподобных сред. Бурное развитие вычислительной техники привело к появлению принципиально нового мощного средства исследования физических процессов — вычислительному эксперименту. В условиях, когда теоретические методы наталкиваются на серьёзные трудности, а натурные эксперименты либо чрезмерно трудоёмки, либо принципиально невозможны, численное моделирование часто оказывается единственным способом изучения рассматриваемых процессов. Важнейшей областью применения вычислительного эксперимента стала физика плазмы и плазмоподобных сред, в особенности исследование нелинейных процессов. Среди методов дискретного моделирования плазмы ведущую роль играет метод частиц. Высокая эффективность этого метода обусловлена его универсальностью, относительно невысокой стоимостью вычислительных экспериментов по сравнению с натурными и практически неограниченными возможностями диагностики моделируемых явлений.В книге нашли отражение все этапы проведения вычислительного эксперимента: физическая постановка задачи, построение математической модели, разработка и реализация алгоритма и сам расчёт. Особую ценность придаёт книге материал по многомерным моделям, что отражает во многом вклад авторов в развитие метода частиц. Большое внимание уделяется повышению эффективности алгоритмов. Кроме того, в книге изложены основные вопросы вычислительной математики, необходимые при разработке моделей частиц: описаны и исследованы соответствующие разностные схемы, методы решения уравнений для поля, изучены возможные нефизические численные эффекты. Применение метода частиц подробно проиллюстрировано на примере нескольких задач физики плазмы, астрофизики, физики полупроводников, твёрдого тела. Изложение ведётся на «физическом» уровне строгости и, таким образом, книга обращена скорее к физику, занимающемуся вычислительным экспериментом, чем к математику-прикладнику. Цель книги, однако, заключается не в том, чтобы дать строгое математическое обоснование метода частиц и связанных с ним вопросов вычислительной математики. Более строгое изложение ряда вопросов читатель найдёт в отечественной литературе по численным методам.Нужно отметить, что авторы практически не отразили вклад советских исследователей в развитие метода частиц и смежных вопросов вычислительной математики. Поэтому мы сочли необходимым дополнить список литературы работами советских авторов.Книга будет полезна математикам-прикладникам, физикам, использующим модели частиц в своих исследованиях, специалистам по вычислительной математике и программированию, разрабатывающим дискретные кинетические модели. Определённый интерес она представит также для разработчиков пакетов прикладных программ. В качестве учебного пособия она будет полезна студентам и аспирантам соответствующих специальностей.Перевод книги выполнен А.С. Липатовым (гл. 1, 2, 6, 9—11) и А.Н. Полюдовым. Большую помощь в редактировании гл. 10 и 11 оказали Н.А. Баннов и А.А. Клыпин.Предисловие редакторов перевода Р.3. Сагдеев, В.И. Шевченко