فهرست مطالب

مدل سازی پیشرفته ریاضی - سال دوازدهم شماره 2 (تابستان 1401)

فصلنامه مدل سازی پیشرفته ریاضی
سال دوازدهم شماره 2 (تابستان 1401)

  • تاریخ انتشار: 1401/05/26
  • تعداد عناوین: 12
|
  • لیدر نوایی*، رضا اکبری صفحات 138-153
    در این مقاله، برآورد مساله میانگین جامعه، زمانی که داده های نمونه گیری دارای خط‎ا‎ی اندازه گیری هستند با استفاده از یک برآورد کننده جدیدکارا مورد مطالعه قرار می دهیم. همچنین کارایی این برآورد کننده را نسبت به سایر برآورد کننده های موجود مورد بررسی قرار می دهیم و این نتایج را برای داده های واقعی به کار می بریم. نشان می دهیم که این برآورد کننده نسبت به سایر برآورده کننده های موجود از کارایی بهتری برخوردار است.
    کلیدواژگان: اریبی، خطای اندازه گیری، برآورد کننده، میانگین مربع خطا، در صد کارایی نسبی
  • سپیده صحرائی* صفحات 154-167
    شبکه های بولی یکی از مدل ها برای بررسی رفتارهای دینامیکی پیچیده در سامانه های زیستی ‎‏است. تجزیه و تحلیل جاذب های این شبکه ها اهمیت زیادی دارد. اما وابستگی نمایی اندازه ی گراف انتقال حالت این مدل ها با تعداد گره های شبکه، مشکلی اساسی برای تحلیل سامانه های بزرگ مقیاس است. بنابراین استفاده از روش های کاهش شبکه ضروری است، زیرا اندازه ی شبکه ها کاهش می یابد، در حالی که خواص دینامیکی حفظ می شود‏، اما روش های کاهشی مینیمال نیست. در این مقاله ضمن آن که دو شبکه ی زیستی" آبسیزیک اسید" و "سرطان سینه" کاهش داده شده است، هم چنین تحلیل حساسیت گره های شبکه های کاهش یافته انجام شده است. نتایج به دست آمده بیان گر این موضوع است که گره های شبکه های کاهش یافته، مولفه های مهمی در دینامیک شبکه ی اصلی اند. به دلیل آن که اکثر آن ها حساسیت مخالف صفر دارند‏، هم چنین گره های دارای حساسیت صفر در شبکه های کاهش یافته، با شرایط خاصی قابل حذف شدند. به عبارت دیگر، با استفاده از روش کاهشی و مفهوم حساسیت، روش پیش نهادی ما قادر به اصلاح روش کاهشی سعادتپور است. با استفاده از روش پیش نهادی شبکه های کاهش یافته ای با تعداد گره های کم تر به دست آوردیم که دینامیک شبکه ی اصلی را حفظ می کنند و فضای حالت کوچک تر ‏دارند. هم چنین گره های شبکه های کاهش یافته از دو جهت ساختاری و دینامیکی در شبکه های زیستی مهم اند.
    کلیدواژگان: شبکه های بولی، حساسیت شبکه، کاهش مدل، جاذب، شبکه های زیستی
  • پاندورا رجاء* صفحات 168-174

    فرض کنیمیک فضای هیلبرت مختلط و جبر شامل تمام عمل گرهای خطی کران دار روی باشد. گراف نا جا به جایی که آن را با نماد $mathnormal{Gamma}(EuScript{B(H)})$نمایش می دهیم، گرافی ساده است که مجموعه راس های آن عمل گرهای خطی کران دار غیر اسکالر روی می باشد و دو راس متمایز$A$و$B$ را به یکدیگر وصل می کنیم، اگر و فقط اگر$AB neq BA$.در این مقاله، نشان می دهیم برای هر فضای هیلبرت مختلط، $mathnormal{Gamma}(EuScript{B(H)})$ گرافی همبند است. هم چنین ثابت می کنیم گراف های نا جا به جایی فضای شامل عمل گرهای با رتبه متناهی روی ،فضای شامل عمل گرهای فشرده روی ،فضای شامل عمل گرهای وارون ناپذیر روی و فضای شامل عمل گرهای فردهلم روی ،گراف هایی همبند می باشند.

    کلیدواژگان: گراف نا جا به جایی، فضای هیلبرت، عمل گر خطی، عمل گر فشرده، عمل گر فردهلم
  • البرز آذرنگ، محمدرضا علینقی زاده* صفحات 175-184
    یک زیرحلقه ی سره یکانی از یک حلقه ی R را ماکسیمال می نامیم، هرگاه در بین زیرحلقه های سره ی R با رابطه شمول ماکسیمال باشد. دراین مقاله می خواهیم شرایطی را بررسی می کنیم که یک دامنه ی پروفر تحت آن، دارای زیرحلقه ی ماکسیمال باشد. هم چنین می خواهیم به بررسی انتقال ویژگی پروفر، بزوت و... از یک دامنه به زیرحلقه ی ماکسیمال آن و برعکس بپردازیم.
    کلیدواژگان: دامنه پروفر، دامنه بزوت، زیرحلقه ی ماکسیمال
  • سید محمد حسینی* صفحات 185-200

    در این مقاله کنترل بهینه ی سیستم های تاخیری با تابع تاخیر قطعه ای ثابت بررسی شده است. به کمک توابع ترکیبی چبیشف، روشی تقریبی برای به دست آوردن جواب بهینه ی مساله ی کنترل سیستم های تاخیری خطی ارایه شده است. به منظور ارایه ی روشی تقریبی، ماتریس های عملیاتی انتگرال، حاصل ضرب و تاخیر توابع ترکیبی چبیشف معرفی و برای حل مساله استفاده شده است. مساله ی کنترل بهینه به کمک ماتریس های عملیاتی به یک مساله ی بهینه سازی تبدیل و با حل آن جواب تقریبی مساله ی اصلی به دست می آید. مثال هایی از کنترل بهینه ی سیستم های تاخیری با تابع تاخیر قطعه ای ثابت، حل و کارآیی روش نشان داده شده است.

    کلیدواژگان: کنترل بهینه، سیستم، های تاخیری، تاخیر قطعه ای ثابت، چندجمله ای های چبیشف، توابع ترکیبی
  • زینب یوسفی، محمدرضا مطلبی* صفحات 201-211

    در این مقاله، کامل بودن مخروط ها را در توپولوژی متقارن حاصل از شبه مترهای زیرخطی مورد بررسی قرارداده و ‏ ثابت می کنیم در مخروط کامل متقارن همسایگی ها نسبت به توپولوژی متقارن از رسته دوم اند . سپس توسیعی از قضیه رسته بیر را بر ای توپولوژی متقارن القایی از مخروط های موضعا محدب شبه متری ارایه می کنیم.

    کلیدواژگان: شبه متر زیرخطی، مخروط کامل متقارن، قضیه رسته بئر
  • مجتبی فردی*، ابراهیم امینی صفحات 212-231
    در این مقاله، یک طرح تفاضلی جدید روی یک شبکه مدرج برای حل مسایل زیر-انتشار کسری زمانی-مکانی ارایه می دهیم. در معادلات مذکور مشتقات زمانی از نوع کپوتو با مرتبه ی ‎$gammain (0,1)$‎ و مشتقات مکانی از نوع ریس با مرتبه ی ‎$alpha in (1,2]$‎ هستند. پایداری و همگرایی طرح تفاضلی را مورد بررسی قرار می دهیم که اساس تیوری روش پیشنهادی است. نشان می دهیم که طرح تفاضلی جدید بدون قید و شرط پایدار است. همچنین، اثبات می کنیم که این طرح تفاضلی با مرتبه ی ‎$min{2-gamma,rgamma}$‎ در زمان و مرتبه ی دو در مکان برای هر ‎$gammain (0,1)$‎ و هر ‎$alpha in (1,2]$‎ همگرا است. در پایان، یک مثال عددی برای نشان دادن کارآیی و دقت طرح تفاضلی ارایه می شود.
    کلیدواژگان: مشتق کپوتو، مشتق ریس، معادله ی زیر-انتشار، شبکه مدرج
  • محمد ایزدی* صفحات 232-247
    مطالعه حاضر به یافتن جواب های تقریبی یک مدل جدید از دستگاه معادلات لین-امدن منفرد غیرخطی مرتبه دوم با شرایط مرزی اختصاص داده شده است. روش ماتریسی پیش نهادی ما بر اساس توابع چلیشکوف به همراه نقاط هم محلی است تا دستگاه غیرخطی را به یک معادله ماتریس اساسی جبری تبدیل کند. هم گرایی روش طیفی چلیشکوف نیز اثبات شده است. برای نشان دادن کارایی و دقت روش ارایه شده، سه مثال بصورت عددی حل شده است. همچنین، مقایسه هایی با جواب های دقیق و با یک روش موجود در منابع انجام شده است.
    کلیدواژگان: توابع چلیشکوف، نقاط هم، محلی، معادلات دیفرانسیل تابعی، دستگاه لین-امدن منفرد
  • سارا ایوانی، رضا جلیلیان* صفحات 248-270
    در این تحقیق به کمک یک تابع غیر چند جمله ای و عملگر گرانوالد جواب معادله کسری بگلی-توریک را تقریب خواهیم زد. روش های ارایه شده یک سیستم از معادلات را نتیجه می دهد. سپس در ادامه تحلیل خطا برپایه این اسپلاین نمایی و همچنین تحلیل همگرایی روش مورد بحث قرار می گیرد و یک دسته روش از مرتبه دوم بدست می آید. این روش پیشنهادی نه تنها برای حل معادلاتبگلی-ترویک کسری بلکه برای انواع معادلات کسری می تواند مورد استفاده قرار بگیرد. بواسطه مثالهایی کارایی این روش های عددی را با سایر روش های موجود مقایسه می گردد.
    کلیدواژگان: معادله دیفرانسیل بگلی-ترویک کسری، عملگر گرانوالد-لتنیکوف، اسپلاین غیر چند جمله ای، آنالیز همگرایی
  • محمد غمگسار، سید مهدی میرحسینی عالیزمینی*، محمود دادخواه صفحات 271-288

    در این مقاله، از یک کنترل کننده مدلغزشی برای سیستم های غیر خطی و مرتبه کسری تاخیری ، استفاده شدهاست. سیستم تحت مطالعه در حضور اغتشاش و نامعینی است. هدف مقاله طراحی کنترل کننده مد لغزشی بهگونهایاست که سیستم غیر خطی پایدار مجانبی شده و متغیرهای سیستم در یک زمان متناهی به سطح لغزش برسند. با استفادهاز قضیه رازومیخین برای پایداری سیستم های کسری تاخیری و نامساوی ماتریسی خطی، شرایط لازم برای پایداری رابه دست می آوریم. در نهایت ، با دو مثال عددی صحت نتایج و کارایی روش پیش نهادی را بررسی کرده ایم.

    کلیدواژگان: سیستم های تاخیری، سیستم های مرتبه کسری، مدلغزشی، نامساوی ماتریسی خطی
  • جواد شکری* صفحات 289-303

    در این مقاله یک رویه خاص برای حل معادلات با مشتقات جزیی مرتبه ی دوم واکنش-انتشار‎‎‎‎‎‏،‎‎‎ با شرایط مرزی‏، با به کار گیری روش طیفی تاو ارایه می گردد. بنا به نتیجه حاصل این که از نقطه نظر عددی اپراتور انتگرال نسبت به اپراتور مشتق از پایداری بالاتری برخوردار است بنابراین، ابتدا این مسیله را به یک معادله انتگرال ولترا- فردهلم تبدیل می کنیم و سپس روش طیفی تاو را برای حل آن به کار می گیریم. جواب تقریبی را به صورت یک سری برحسب توابع متعامد بر حسب متغیر مکان و ضرایب مجهول بر حسب متغیر زمان بیان کرده و با بکارگیری روش تاو به یک دستگاه معادلات دیفرانسیل معمولی بر حسب ضرایب مجهول می رسیم. تحلیل وجود و یکتایی جواب همچنین تحلیل همگرایی روش تاو برای حل این معادله ارایه خواهد شد. روش عددی تاو در دو حالت برای حل این معادله به کار می گیریم؛ در حالت اول برای مسیله تبدیل یافته معادله به فرم معادله انتگرال ولترا-فردهلم (حالت انتگرال) و در حالت دوم به طور مستقیم (حالت مستقیم) برای خود معادله روش تاو مورد استفاده قرار می دهیم. در ادامه مثال های عددی فوق همگرایی حالت انتگرال نسبت به حالت مستقیم را نمایش خواهد داد.‎‎

    کلیدواژگان: معادله واکنش-انتشار مرتبه ی دوم، روش طیفی تاو، معادله انتگرال ولترا-فردهلم، تحلیل همگرایی
  • فرزانه امینی خلف بادام، سجاد رحمنی*، عبدالعلی بصیری، مارتین کروتزر صفحات 304-315
    ایده آل نقاط، یکی از ابزار های مفید و کاربردی در مدل سازی و علوم محاسباتی است و به همین علت الگوریتم هایمحاسبه ی این نوع ایده آل ها دارای اهمیت ویژه ای می باشند. در این مقاله ابتدا الگوریتمی برای به دست آوردن ایده آل هایمرتب متناظر با ایده آل نقاط ارایه می دهیم و سپس با استفاده از آن روشی برای حل مساله مهندسی معکوس شبکه هایتنظیم ساز ژن در زیست شناسی پیشنهاد خواهیم کرد.
    کلیدواژگان: پایه ی مرزی، پایه ی گربنر، ایده آل نقاط، ایده آل مرتب، شبکه های تنظیم ساز ژن
|
  • Leader Navaei *, Reza Akbari Pages 138-153
    ‎In this paper‎, ‎estimating the mean problem of the population when the sampling data have measurement errors has been studied via a new efficient estimator‎. ‎We also investigate the efficiency of this estimator compared to other available estimators‎. ‎And finally‎, ‎we use these results for real data‎. ‎We show that the proposed estimator is more efficient than other existing estimators‎.
    Keywords: Biase, Measurement error, Mean square error, Estimator, &lrm, Relative efficincy percentage
  • Sepideh Sahraei * Pages 154-167
    Boolean networks are one of the models for studying complex dynamic behaviors in biological systems. The analysis of attractors of these networks is very important .But the exponential dependence of the state transition graph of these models with the number of network nodes is a major problem for large-scale systems analysis. Therefore, it is necessary to use network reduction methods. In these methods, the size of the networks is reduced, while the dynamic properties are preserved, but the reduction methods are not minimal. In this paper, while the two biological networks "abscisic acid" and "breast cancer" have been reduced, also the sensitivity analysis of the nodes of the reduced networks has been performed. The results show that reduced network nodes are important components in the main network dynamics because most of them have zero opposite sensitivity. Also, zero sensitivity nodes in reduced networks can be removed under certain conditions, using From the reduction method and the concept of sensitivity, our proposed method is able to modify the Saadatpour reduction method. Using the proposed method, we obtained reduced networks with fewer nodes that maintain the main network dynamics and have a smaller state space. These nodes are also important in both structural and dynamic aspects of biological networks.
    Keywords: Boolean networks. Network sensitivity, Model reduction, attractor, biological networks
  • Pandora Raja * Pages 168-174

    Let $EuScript{H}$ be a Complex Hilbert space and $EuScript{B(H)}$ be the algebra of allbounded linear operators on $EuScript{H}$. The non-commuting graph of $EuScript{B(H)}$, denoted by $mathnormal{Gamma}(EuScript{B(H)})$ is a graph whose vertices are non-scalar bounded operators and two distinct vertices $A$ and $B$ are adjacent if and only if $AB neq BA$. In this paper, we prove the connectivity of $mathnormal{Gamma}(EuScript{B(H)})$ for separable and non-separable complex Hilbert spaces. Also we show that the noncommuting graphs of the set of all finite rank operators on $EuScript{H}$, the set of all compact operators on $EuScript{H}$, the set of all non-invertible operators on $EuScript{H}$ and the set of all Fredholm operators on $EuScript{H}$ are connected graphs.

    Keywords: Noncommuting graph, Hilbert space, Operators, Compact Operators, Fredholm Operators
  • Alborz Azarang, Mohammadreza Alinaghizadeh * Pages 175-184
    A proper unital subring of a ring R is called a maximal subring, if it is maximal with inclusion between proper subrings of R. In this paper we present conditions under which a Pr"{u}ferr domain has a maximal subring. We study the Pr"{u}fer and B'{e}zout properties which are shared between an integral domain and its maximal subrings too.
    Keywords: Prufer domain, Bezout domain, Maximal Subring
  • Sayyed Mohammad Hoseini * Pages 185-200

    In this paper, the optimal control of delay systems with piecewise constant delay function is investigated. Using Chebyshev hybrid functions, an approximate method is proposed to obtain the optimal solution to the control problem of linear delay systems. In order to present an approximate method, integral, product of multiplication and delay operational matrices of the hybrid functions have been introduced and used to solve the problem. The optimal control problem is transformed into an optimization problem with the help of the operational matrices and then solving it, an approximate solution to the original problem is obtained. Efficiency and accuracy of the proposed method are illustrated with two examples of the optimal control problem. ‎‎

    Keywords: optimal control, Delay system, &lrm, piecewise constant delay&lrm, Chebyshev polynomials, hybrid functions
  • Zeynab Yousefi, MohammadReza Motallebi * Pages 201-211

    In this paper, we investigate the completeness of cones in the symmetric topology ‎induced ‎the ‎sublinear ‎quasi-metrics‎ and prove that in the symmetric complete cone the symmetric neighborhoods are of the second category. Then we present an extension of the Baire category theorem for the symmetric topology of locally convex quasi-metric cones.

    Keywords: Sublinear quasi-metric&lrm, symmetric complete cone&lrm, &lrm, Baire category theorem
  • Mojtaba Fardi *, Ebrahim Amini Pages 212-231
    ‎In this paper‎, ‎we provide a new difference scheme on a graded mesh for solving the time-space fractional diffusion problem‎. ‎In ‎this ‎equation ‎the ‎time ‎derivative ‎is ‎the ‎Caputo ‎of ‎order ‎‎$‎‎gammain(0,1)$ ‎and ‎the ‎space ‎derivative ‎is ‎the ‎Riesz ‎of ‎order ‎‎$‎‎alphain(1,2]$.‎ ‎The stability and convergence of the difference scheme are discussed which provides the theoretical basis of the proposed‎ ‎schemes‎. W‎e prove that the new difference scheme is unconditionally stable‎. Also, ‎we find that the difference scheme is convergent with order $min{2-gamma,rgamma}$ in time for all $gammain (0,1)$ and $alpha in (1,2]$‎. ‎A test example is given to verify the efficiency and accuracy of the difference scheme‎.
    Keywords: Caputo derivative&lrm, Riesz derivative&lrm, Sub-diffusion equation&lrm, &lrm, Graded mesh
  • Mohammad Izadi * Pages 232-247
    The present study is devoted to finding the approximate solutions of a new design of a second-order nonlinear functional system of Lane-Emden differential equation with boundary conditions. Our proposed matrix technique is based on the Chelyshkov functions together with collocation points to transform the nonlinear system into an algebraic fundamental matrix equation. The convergence of the spectral Chelyshkov approach is also proved. To show the efficiency and the accuracy of the presented technique, three test examples are solved numerically. Also, comparisons with the exact solutions and with an available method in the literature are performed.
    Keywords: Chelyshkov functions, Collocation points, Functional differential equation, Singular Lane-Emden system
  • Sara Ivani, Reza Jalilian * Pages 248-270
    In this paper, we approximate the solution of fractionalBagley–Torvik equation by using the non-polynomial spline function andthe shifted Gr"{u}nwald difference operator. The proposed methodsreduce to the system of algebraic equations. The convergenceanalysis of the methods has been discussed. The numerical examplesare presented to illustrate the applications of the methods and tocompare the computed results with the other methods.
    Keywords: Caputo derivative, Grunwald-Letnikov operator. Non-polynomial spline, convergence analysis, Fractional Bagley-Torvik equation
  • Mohammad Ghamgosar, Seyed Mehdi Mirhosseini-Alizamini *, Mahmood Dadkhah Pages 271-288

    In this paper, a sliding mode control for systems that are nonlinear, having fractional order, andinvolve delay is used. The aim of this paper is to design a sliding mode controller, such that the closed looped nonlinear system becomes asymptotically stable and its trajectory can be driven onto the slidingsurface in finite time. By using the fractional Razumikhin theorem for the stability of fractional ordersystems including delay and a linear matrix inequality, necessary conditions on asymptotic stabilizationare obtained. Some numerical examples are given to illustrate the effectiveness of the proposed results.

    Keywords: Delay Systems, Fractional order systems, Sliding mode control, Linear matrix inequality
  • Shokri Shokri * Pages 289-303

    ‎The aim of this work is to provide a specific process for solving a reaction-diffusion partial differential equation with boundary conditions ‎(‎RPDEs)‎‎. ‎We first convert this ‎R‎PDE problem to Volterra-Fredholm integral equation (VFIE)‎, ‎because of the good numerical stability properties of integral operators in compare to differential operator‎, ‎then apply the numerical Tau method to solve the obtained integral equation‎. ‎‎‎‎We present the convergence analysis and error estimation of the Tau method based on the proposed process‎. ‎Applying the Tau method yields a system of the ordinary differential equation such that this system is solved by piecewise polynomial collocation methods‎. ‎Intended to show advantages of converting ‎RPD‎E to an integral equation‎, ‎we consider two cases to solve the proposed examples‎. ‎In the first case‎, ‎we apply the Tau method to solve the ‎converted ‎‎R‎PDE problem ‎(‎integral ‎form‎‎‎) and in the second case‎, ‎we solve ‎the ‎R‎PDE ‎problem‎ ‎directly ‎(direct ‎form‎‎)‎ by Tau method‎. ‎Comparing the numerical results‎, ‎we observe that the results obtained from the ‎integral ‎form‎ ‎ are higher than which obtained from the ‎direct ‎form‎‎‎‎.

    Keywords: Second&lrm, -&lrm, order &lrm, r&lrm, eaction-diffusion &lrm, equations&lrm, spectral &lrm, Tau&lrm, Method, Volterra-Fredholm integral &lrm, equations, &lrm, Convergence analysis&lrm
  • Farzane Amini Khalafbadam, Sajjad Rahmany *, Abdolali Basiri, Martin Kreuzer Pages 304-315
    Ideals of points are considered as a significant and efficient tools in modeling and computingscience, which is why algorithms computing these types of ideals are of crucial importance. This paperproposes an algorithm to compute order ideals for ideals of points. Then those order ideals are used formodeling gene regulatory networks.
    Keywords: Border basis, Groebner basis, Ideal of points, Order ideal, Gene regulatory networks