محاسبه حد بالای سرعت انجام محاسبات و نرخ رشد پیچیدگی با استفاده از روش ریاضی نظریه اختلال

محورهای موضوعی : آمار

حسین باقری ¹ ( گروه فیزیک واحد تهران مرکزی دانشگاه آزاد اسلامی تهران ایران )
محمدرضا تنهایی ² ( گروه فیزیک، واحد تهران مرکزی، دانشگاه آزاد اسلامی تهران ایران )

تاریخ دریافت : 1399/12/20 تاریخ پذیرش : 1400/02/25 تاریخ انتشار : 1402/06/10

کلید واژه: Disruption theory, synchronized oscillator, the complexity of performing calculations,

چکیده مقاله :

سرعت انجام محاسبه و میزان توانایی در انجام محاسبات برای یک سیستم محاسباتی دو سوال بنیادی در علوم رایانه می باشند همچنین مفهوم پیچیدگی انجام محاسبه به زبان ماشین و سنجه ای که برای پیچیدگی ارایه می شود، کمیت های مهمی هستند. در این مقاله، با استفاده از روش های ریاضی و به صورت مشخص با بهره جستن از نظریه اختلال، نرخ رشد پیچیدگی انجام محاسبات را برای یک نوسانگر ناهماهنگ محاسبه می کنیم. علت انتخاب نوسانگر به این دلیل است که اکثر سیستم های فیزیکی را می توان با نوسانگر شبیه سازی کرد. همچنین حداکثر تحول دینامیکی حالت های کوانتومی را که میزان محاسبه را تغییر می دهد، محاسبه می کنیم و به عنوان دستاورد مهم این کار نشان می دهیم که برای اختلال مرتبه زوج، میزان پیچیدگی افزایش می یابد، در حالی که برای اختلال مرتبه فرد نرخ، رفتار کاهشی خواهیم داشت. این روش می تواند الگوی نظری برای حد بالای انجام محاسبات در نظر گرفته شود.

چکیده انگلیسی:

The speed of calculation and the level of ability to perform calculations for a computing system are two fundamental questions in computer science. Also, the concept of complexity of performing calculations in machine language and the measure provided for complexity are important quantities. In this article, we calculate the growth rate of the complexity of performing calculations for an asynchronous oscillator by using mathematical methods and specifically using the disturbance theory. The reason for choosing an oscillator is that most physical systems can be simulated with an oscillator. Also, we calculate the maximum dynamic evolution of the quantum states that changes the computation rate, and as an important achievement of this work, we show that for even-order perturbation, the rate of complexity increases, while for odd-order perturbation, the rate We will have a decreasing behavior. This method can be considered as a theoretical model for the upper limit of calculations.

منابع و مأخذ:

[1] S. J. Liao, The proposed homotopy analysis technique for the solution of nonlinear problems. Ph.D. Thesis, Shanghai Jiao Tong University (1992)

[2] J. X. Li, Y. Yan, W. Q. Wang, Time-delay feedback control of a cantilever beam with concentrated mass based on the homotopy analysis method, Applied Mathematical Modelling 108:629-645(2022)

[3] P. Khaneh Masjedi,P. M. Weaver, Analytical solution for arbitrary large deflection of geometrically exact beams using the homotopy analysis method, Applied Mathematical Modelling 103: 516-542(2022)

[4] E. Botton, J.B. Greenberg, A. Arad, D. Katoshevski, V. Vaikuntanathan, M. Ibach, B. Weigand, An investigation of grouping of two falling dissimilar droplets using the homotopy analysis method, Applied Mathematical Modelling 104:486-498(2022)

[5] S. Abbasbandy, T. Hayat, On series solution for unsteady boundary layer equations in a special third grade fluid. Communications in Nonlinear Science and Numerical Simulation 16:3140-3146(2011)

[6] S. Abbasbandy, E. Shivanian, Predictor homotopy analysis method and its application to some nonlinear problems. Communications in Nonlinear Science and Numerical Simulation 16:2456-2468(2011)

[7] R. A. Van Gorder, K. Vajravelu, On the selection of auxiliary functions, operators, and convergence control parameters in the application of the Homotopy Analysis Method to nonlinear differential equations: A general approach. Communications in Nonlinear Science and Numerical Simulation 14:4078-4089(2009)

[8] Chuang Yu, Hui Wang, Dongfang Fang, Jianjun Ma, Xiaoqing Cai, Xiaoniu Yu, Semi-analytical solution to one-dimensional advective-dispersive-reactive transport equation using homotopy analysis method. Journal of Hydrology 565:422–428(2018)

[9] M.R. Shirkhani, H.A. Hoshyar, I. Rahimipetroudi, H.Akhavan, D.D.Ganji,  Unsteady time-dependent incompressible Newtonian fluid flow between two parallel plates by homotopy analysis method (HAM), homotopy perturbation method (HPM) and collocation method (CM). Propulsion and Power Research 7:247-256(2018)

[10] S. Hussain, A. Shah, S. Ayub, A. Ullah, An approximate analytical solution of the Allen-Cahn equation using homotopy perturbation method and homotopy analysis method. Heliyon 5(12):1-9(2019)

[11] P.A. Naik, J. Zu and M. Ghoreishi, Estimating the approximate analytical solution of HIV viral dynamic model by using homotopy analysis method. Chaos, Solitons and Fractals, 131:1-21(2020)

[12] G. Zhang, Z. Wu, Homotopy analysis method for approximations of Duffing oscillator with dual frequency excitations. Chaos, Solitons and Fractals 127:342–353(2019)

[13] Y. Zhang, Y. Li, Nonlinear dynamic analysis of a double curvature honeycomb sandwich shell with simply supported boundaries by the homotopy analysis method. Composite Structures 221:1-12(2019)

[14] A. Jafarimoghaddam, On the Homotopy Analysis Method (HAM) and Homotopy Perturbation Method (HPM) for a nonlinearly stretching sheet flow of Eyring-Powell Fluids. Engineering Science and Technology, an International Journal 22:439-451(2019)

[15] Z. Odibat, On the optimal selection of the linear operator and the initial approximation in the application of the homotopy analysis method to nonlinear fractional differential equations. Applied Numerical Mathematics 137:203–212(2019)

 

[16] J. Rana, S. Liao, On time independent Schrödinger equations in quantum mechanics by the homotopy analysis method. Theoretical & Applied Mechanics Letters 9:376-381(2019)

[17] S.J. Liao, Beyond Perturbation: Introduction to the Homotopy Analysis Method, Chapman & Hall/CRC Press, Boca Raton (2003)