فهرست مطالب

مدل سازی پیشرفته ریاضی - سال چهاردهم شماره 1 (بهار 1403)

فصلنامه مدل سازی پیشرفته ریاضی
سال چهاردهم شماره 1 (بهار 1403)

  • تاریخ انتشار: 1403/04/03
  • تعداد عناوین: 10
|
  • رضا چهارپاشلو*، احسان لطفعلی قصاب صفحات 1-21
    به طور کلی فرایند انتشار هر ویروس در بدن انسان شامل پنج مرحله است که شامل الصاق ویروس به سلول میزبان، نفوذ، آماده سازی برای تکثیر و انتشار می باشد. با این حال ویروس های متفاوت دارای سیکل زندگی متفاوتی هستند. در این مقاله به مدل سازی رفتار ویروس کرونا در بدن هر فرد مبتلا و تحلیل رفتار این ویروس در بدن فرد با استفاده از سیستم های دینامیکی می پردازیم که برای این امر به مطالعه دینامیک رقابت تکاملی بین استراتژی ویروس کرونا و سلول های ایمنی بدن بخصوص لنفوسیت های B و T می پردازیم.
    کلیدواژگان: سیستم های دینامیکی، تعادل، نفوذ، تکثیر، انتشار، لنفوسیت B و T
  • سید خلیل اکرامی* صفحات 22-31
    یک دنباله از نگاشت های خطی پیوسته$\{\Phi_n\}_{n=0}^\infty$ از *C-مدول هیلبرت M به M یک ابراشتقاق موضعی نامیده می شود، اگر برای هر a∈M یک ابراشتقاق پیوسته $\{\varphi_{a,n}\}_{n=0}^\infty$ روی M وجود داشته باشد به طوری که به ازای هر عدد طبیعی Phi_n(a)=\varphi_{a,n}(a) ،n. در این مقاله نشان خواهیم داد که اگر M یک *C-مدول هیلبرت باشد به طوری که هر اشتقاق موضعی رو M یک اشتقاق باشد، آنگاه هر ابراشتقاق موضعی روی M یک ابراشتقاق است. همچنین نشان می دهیم که هر ابراشتقاق موضعی روی یک *C-جبر یک دار به طور خودکار پیوسته است.
    کلیدواژگان: *C- مدول هیلبرت، ابر اشتقاق، اشتقاق‏، ابر اشتقاق موضعی، اشتقاق موضعی
  • یوسف محمدی*، حسین خیری، رویا قاسم خانی صفحات 32-42
    ‏کنترل جرم‏ و برقراری امنیت، از جمله نیازهای ضروری توسعه در هر جامعه ای محسوب می شود. یکی از نظریه های ‏بسیار پرکاربرد علم جرم شناسی که از دهه 1990 میلادی متولد شد جرم شناسی پست مدرن یا التقاطی است. جرم شناسی پست مدرن با ترکیب نظریه های مختلف علمی از جمله ریاضی سعی در تحلیلی همه جانبه از جرم دارد. امروزه برای مطالعه رفتارهای دینامیکی بسیاری از پدیده ها و فرایندها در علوم مهندسی، علوم پایه و علوم انسانی از مدل های ریاضی استفاده می شود. مدل سازی ریاضی یکی از ابزار های مهم دانشمندان در کنترل و پیش بینی آینده پدیده های دینامیکی مختلف است. در حوزه علم حقوق و به خصوص در حوزه علم جرم شناسی‏، این مدل ها برای ارزیابی راهبردهای کنترل جرم بسیار سودمند هستند. در این مقاله با استفاده از ریاضی به مدل سازی دینامیکی جرم و تحلیل آن می پردازیم.
    کلیدواژگان: جرم، جرم شناسی پست مدرن‏‏، معادلات دیفرانسیل
  • امین جاجرمی*، مجتبی حاجی پور، لیلا ترک زاده صفحات 43-53
    در این مقاله، یک روش تقریبی ساده و با مرتبه ی دقت بالا برای حل مسائل کنترل بهینه ارائه می شود. در این روش، ابتدا با استفاده از شرایط لازم بهینگی مبتنی بر اصل ماکزیمم یابی پونتریاگین، مساله ی کنترل بهینه ی داده شده به یک مساله ی مقدار مرزی دو نقطه ای تبدیل می شود. سپس با اعمال یک فرمول تفاضلات متناهی مرتبه ی دوم، مساله ی مقدار مرزی حاصل را گسسته نموده و یک دستگاه معادلات جبری را فرمول بندی می کنیم. آنالیز همگرایی روش پیشنهادی نیز مورد بحث قرار می گیرد و روابط ماتریسی برای سهولت پیاده سازی ارائه می شود. نتایج عددی به دست آمده در این تحقیق با برخی روش های دیگر مقایسه می شود، که این نتایج مبین دقت، سرعت و کارایی بالای روش پیشنهادی برای حل مسائل کنترل بهینه ی خطی و غیرخطی است.
    کلیدواژگان: مساله ی کنترل بهینه، اصل ماکزیمم یابی پونتریاگین، روش تفاضلات متناهی
  • زهرا حسن پور یخدانی*، محمدباقر اسدی، علی اسدی وصفی صفحات 54-60

    در این مقاله، ساختار ایده آل های بسته در *C-جبر (X, A)C، یعنی فضای تمام توابع پیوسته از فضای توپولوژیک هاوسدورف Xبه *C-جبر A را تعیین می نماییم. درواقع، نشان می دهیم برای هر ایده آل بسته I از (X, A)C، زیرمجموعه بسته ای مانند F از فضای توپولوژیک X × Prim(A) وجود دارد به طوری که:{f ∈ C(X, A) : ∀ (x, P)∈F ,f(x) ∈ P}=I.

    کلیدواژگان: *C-جبرها، جبرهای عملگری، ایده آل، حاصل ضرب تانسوری
  • مرتضی سهرابی*، مصطفی حسنلو صفحات 61-71
    ر این مقاله ابتدا از دیدگاه نظریه اندازه، تبدیل دوگال عملگرهای شرطی از نوع لامبرت را محاسبه می کنیم . پس از آن با استفاده از تجزیه قطبی عملگرها، معکوس مور-پنروس $(\widehat{T}^p)$ و معکوس درازین$(\widehat{T}^d)$ این نوع عملگرها را به دست می آوریم و سپس روابط بین این نوع معکوس ها را برای تبدیل دوگال بررسی خواهیم کرد. در انتها با استفاده از مثال های متنوع از جمله نمایش ماتریسی درستی نتایج به دست آمده را نشان خواهیم داد.
    کلیدواژگان: عمگرهای ‎‎شرطی، معکوس مور-پنروس، ‎معکوس درازین، تبدیل دوگال، عملگر لامبرت
  • منیژه حسن آبادی، اسدالله محمود زاده وزیری، امین جاجرمی* صفحات 72-93

    این مقاله ارائه دهنده ی یک روش تکراری برای حل مسائل کنترل بهینه ی گسسته شامل سیستم های به هم متصل غیرخطی می باشد. با این روش، مساله ی مقدار مرزی گسسته و به هم متصل غیرخطی، بدست آمده از شرایط لازم بهینگی، به دنباله ای از مسائل مقدار مرزی گسسته ی خطی نامتغیر با زمان تبدیل می شود. همچنین، مساله ی مقدار مرزی خطی در هر تکرار از روش پیشنهادی شامل چندین زیرمسئله ی خطی جدا از هم بوده که بصورت موازی و مستقل از هم قابل حل می باشند. حل مسائل مذکور با استفاده از تکنیک های متداول یافتن پاسخ معادلات تفاضلی خطی منجر به قانون کنترل بهینه به فرم سری با همگرایی یکنواخت می گردد. بعلاوه، یک رویکرد کاربردی برای تعمیم کنترل بهینه ی طراحی شده به فرم فیدبک حالت ارائه می شود. در ادامه، پیاده سازی روش پیشنهادی با طراحی یک الگوریتم تکراری با دقت بالا و پیچیدگی محاسباتی کم انجام می شود بطوری که قانون کنترل زیر بهینه تنها با تعداد کمی تکرار از این الگوریتم حاصل می شود. در نهایت، کارایی این روش با شبیه سازی و حل چند مثال عددی نشان داده می شود.

    کلیدواژگان: سیستم های به هم متصل غیرخطی، کنترل بهینه، معادلات گسسته، روش تکراری
  • مجتبی فردی*، ابراهیم امینی، سهیلا محمدی صفحات 94-109
    در این مقاله، معادلات انتشار مرتبه ی توزیعی زمانی-مکانی با جواب های منفردی ضعیف در زمان اولیه در نظر گرفته شده است. طرح تفاضلی جدید با استفاده از یک شبکه غیریکنواخت برای حل این معادلات ارائه می شود. پایداری و همگرایی طرح تفاضلی پیشنهادی مورد بحث قرار می گیرد. نشان می دهیم که طرح تفاضلی بدون قید و شرط پایدار است و ثابت می کنیم که طرح تفاضلی همگرا است. همچنین، نشان می دهیم که مرتبه همگرایی زمانی روی شبکه غیریکنواخت بیش از شبکه یکنواخت است. در پایان‏، چندین مثال عددی برای تایید نتایج تئوری ارائه می شود.
    کلیدواژگان: مرتبه ی توزیعی، مکانی-زمانی، شبکه غیریکنواخت، جواب های ناهموار، پایداری، تخمین خطا
  • منوچهر کاظمی* صفحات 110-122
    در این مقاله، با استفاده از اندازه نافشردگی و قضیه نقطه ثابت پترشن در فضای باناخ، یک قضیه وجودی برای برخی معادلات انتگرالی کسری تناسبی هادامارد، ارائه شده است. مطالعه این معادلات انتگرالی بسیار حائز اهمیت هستند چرا که دربرگیرنده موارد خاص زیادی از معادلات انتگرالی می باشند که در شاخه های زیادی از آنالیز غیر خطی و کاربردهای آن ظاهر می شوند. تفاوت قضیه نقطه ثابت پترشن با قضایای نقطه ثابت شاودر و نقطه ثابت داربو، دراین است که ما را قادر می سازد تا از نشان دادن خواص بسته، محدب و فشردگی عملگرهای مورد بررسی صرف نظر کنیم . در پایان، برای صحت و کارایی نتایج به دست آمده، چند مثال ارائه شده است.
    کلیدواژگان: معادلات انتگرالی کسری هادامارد، وجود جواب، اندازه نا فشردگی، قضایای نقطه ثابت‏، حساب کسری
  • مریم نیکبخت*، علیرضا فخارزاده جهرمی صفحات 123-144

    استفاده از مدلهای ریاضی برای توصیف بیماری های عفونی و سپس نحوه مهار و حذف آنها توسط واکسن و یا دیگر درمان ها کمک بسیار بزرگی به سازمان های بهداشت عمومی می کند. ریشه کنی این دسته از بیماری ها وقتی امکان پذیر است که داروها در زمان مناسب و با میزان و فرایند مناسب تجویز شوند که در این راستا نظریه کنترل بهینه، به عنوان ابزاری موفق عمل نموده است. هدف در این مقاله، مروری بر ادبیات موجود در خصوص چنین راهکارهایی در مقابله با بیماری های عفونی در قالب مدل پایه ای  مشهور SRI است. بدین منظور در این مطالعه، نحوه استفاده از تابع کنترل و چگونگی  تبیین راهکارهای ارائه شده در راستای بررسی جمعیت های سالم، عفونی و بهبودیافته با در نظر گرفتن اهداف مورد نیاز، در بین فعالیت های انجام شده مورد ارزیابی و تحلیل قرار گرفته است. براساس تعداد متغیرهای کنترل به کار گرفته شده در درمان که مبین طرق مختلف پیشگیری های هم زمان اعم از واکسیناسیون، درمان عفونت، قرنطینه و نظایر آن است و یا نوع مدل، این مطالعه دسته بندی و نتایج حاصل ارائه گردیده است؛ همچنین در این مرور به نحوه های پیاده سازی مدل ها از نظر محاسبات عددی نیز پرداخته شده است و حالت های تاخیر زمانی، تصادفی و گسسته زمانی در مورد  SIR نیز بررسی شده است. این مرور برای پژوهشگران به منظور شناخت و اشراف داشتن به موضوع و فعالیت های انجام شده جهت ادامه تحقیقات بسیار مفید خواهد بود.

    کلیدواژگان: کنترل بهینه، مدل ریاضی SIR، معادلات دیفرانسیل، بیماری عفونی
|
  • Reza Chaharpashlou *, Ehsan Lotfali Ghasab Pages 1-21
    In general, the process of the spread of any virus in the human body consists of five stages, which include attachment of the virus to the host cell, penetration, preparation for reproduction, reproduction and propagation. However, different viruses have different life cycles. In this article, we will model the behavior of the corona virus in the body of each affected person and analyze the behavior of this virus in the body using dynamic systems. For this purpose, we study the dynamics of the evolutionary competition between the strategy of the corona virus and the body’s immune cells, especially lymphocytes T and B.
    Keywords: Dynamic Systems, The Balance, Infiltrate, Reproduction, Release, Lymphocyte B, T
  • Sayed Khalil Ekrami * Pages 22-31
    ‎A sequence of continuous linear mappings $\{\Phi_n\}_{n=0}^\infty$ form a Hilbert C* -‎module‎ M into M is called a local higher derivation if for each $a\in\mathfrak{M}$ there is a continuous higher derivation $\{\varphi_{a,n}\}_{n=0}^\infty$ ‎on‎ M such that $\Phi_n(a)=\varphi_{a,n}(a)$ for each non-negative integer n‎. ‎In this paper w‎e show that if M is a Hilbert C* -‎module‎ such that every local derivation on M is a derivation, then each local higher derivation on M‎ is a higher derivation‎. Also, we prove that each local higher derivation on a unital C*-algebra is automatically continuous‎.
    Keywords: Hilbert C*-Module, Higher Derivation, Local Higher Derivation, Derivation, Local Derivation
  • Uosef Mohammadi *, Hossein Kheiri, Roya Ghasemkhani Pages 32-42
    Crime control and security are among the essential needs of development in any society. One of the frequently used theories of criminology that its birth was in the 1990s is postmodern or eclectic criminology. Postmodern criminology through combining different scientific theories, including mathematics tries to do a comprehensive analysis of crime. Nowadays, mathematical models are used to study the dynamic behavior of many phenomena and processes in engineering sciences, basic sciences and humanities. Mathematical modeling is one of the important tools of scientists in controlling and predicting the future of various dynamic phenomena. In the field of law and especially in criminology, these models are very useful for evaluating crime control strategies. In this article, using a new mathematical model, we deal with mass dynamic modeling and its analysis.
    Keywords: Crime‎, Postmodern Criminology‎, Differential Equations
  • Amin Jajarmi *, Mojtaba Hajipour, Leila Torkzadeh Pages 43-53
    In this paper, a simple and highly accurate approximate method for solving optimal control problems (OCPs) is presented. In this method, initially, by using the necessary optimality conditions based on the Pontryagin's maximum principle, the given OCP is transformed into a two-point boundary value problem (BVP). Then, by applying a second order finite difference formula, the resulting BVP is discretized, and a system of algebraic equations is formulated. Convergence analysis of the proposed method is also discussed, and matrix formulations are provided for ease of implementation. The numerical results obtained in this study are compared with some other methods, demonstrating the high accuracy, speed, and efficiency of the proposed method for solving both linear and nonlinear OCPs.
    Keywords: Optimal Control Problem, Pontryagin’S Maximum Principle, Finite Difference Method
  • Zahra Hassanpour-Yakhdani *, Mohammadbagher Asadi, Ali Asadi Vasafi Pages 54-60

    In this note, considering the main properties of closed ideals of C*-algebras, we will determine the structure of closed ideals of the C*-algebra C(X, A), the space of all continuous functions from compact Hausdorff space X to C*_algebra A. Indeed, we will show that for every closed ideal of C(X, A), there is some closed subset F of topological space X × prim(A), such that {f ∈ C(X, A) : ∀ (x, P )∈F , f(x) ∈ P}=I.

    Keywords: C*-Algebras, Operator Algebras, Ideal, Tensor Product
  • Morteza Sohrabi *, Mostafa Hassanlou Pages 61-71
    In this paper, we first calculate the measure theoretic Duggal transform of Lambert conditional operators. Next, by using the polar decomposition of operators, we obtain Moore-Penrose inverse $(\widehat{T}^p)$ and Drazin inverse $(\widehat{T }^d)$ of these types of operators, and then we will check the relationships between these types of inverses for the Duggal transformation. Finally, by using various examples including matrix representation, we will show the correctness of the obtained results.
    Keywords: Conditional Expectation, Moore-Penrose Inverse, Drazin Inverse, Duggall Transform, Lambert Operator
  • Manijeh Hasanabadi, Asadollah Mahmoudzadeh Vaziri, Amin Jajarmi * Pages 72-93

    This article introduces an iterative method for solving discrete optimal control problems involving interconnected nonlinear systems. Using this approach, the discrete and coupled nonlinear boundary value problem (BVP) obtained from the necessary optimality conditions transforms into a sequence of linear time invariant BVPs. Furthermore, the linear BVP at each iteration of the proposed method consists of several decoupled sub-problems, which can be solved in parallel and are unrelated to each other. The solution of these problems, employing common techniques for solving linear difference equations, leads to an optimal control law in a converging series form with uniform convergence. Moreover, a practical approach is presented to extend the designed optimal control to a feedback form. Subsequently, the implementation of the proposed method involves the design of a highly accurate iterative algorithm with low computational complexity, ensuring that the suboptimal control law is obtained with a minimal number of iterations. Finally, the efficacy of this technique is demonstrated through simulation and the solution of various numerical examples.

    Keywords: Nonlinear Interconnected Systems, Optimal Control, Discrete Equations, Iterative Method
  • Mojtaba Fardi *, Ebrahim Amini, Soheila Mohammadi Pages 94-109
    ‎In this paper‎, ‎the time-space distributed-order fractional diffusion equations with weakly singular solutions are considered‎. We provide the difference scheme using a nonuniform mesh to solve ‎equations‎‎. ‎The stability and convergence of the difference scheme are discussed‎, ‎We prove that the difference scheme is unconditionally stable‎. ‎We find that the difference scheme is convergent‎. ‎We also show that the temporal convergence order on the nonuniform mesh is higher than on the uniform mesh‎. Finally, some numerical examples are given to verify the theoretical analysis‏.
    Keywords: Distributed-Order, Time-‎Space, Nonuniform Mesh‎, Nonsmooth Solutions, Stability, Error Estimate
  • Manochehr Kazemi * Pages 110-122
    ‎‎‎In this article‎, ‎using the technique of the measure of non-compactness and the Petryshyn's fixed point theorem in Banach algebra an existence theorem for some Hadamard proportional fractional integral equations is provided.‎ The study of these integral equations are important because they contain lots of particular cases of integral equations that arise in many branches of nonlinear analysis and its applications. ‎Comparing Petryshyn's fixed point theorem to Schauder and‎ ‎Darbo's fixed point theorems‎, ‎that is, it enables us to skip demonstrating closed‎, ‎convex, and compactness‎ ‎properties on the investigated operators‎. ‎‎ Finally, some examples are provided for the accuracy and efficiency of the obtained results.
    Keywords: Hadamard Proportional Fractional Integral Equations‎, ‎Existence Of Solutions‎, ‎Measure Of Noncompactness‎, Fixed Point ‎Theorems, Fractional Calculus
  • Maryam Nikbakht *, Alireza Fakharzadeh Jahromi Pages 123-144

    Using mathematical models to describe infectious diseases and then how to control and eliminate them by vaccines or other treatments, is a great help to public health organizations. Eradication of this category of diseases is possible when treatments are prescribed at the right time and with the right amount and process; In this regard, optimal control theory has been applied as a successful tool. The main purpose of this article is to review the existing literature considering such strategies in dealing with infectious diseases in the form of the famous basic model SIR. For this purpose, this study, deals with the way to use the control functions and how to explain the provided solutions, indeed the aims are to investigate susceptible, infected, and recovered populations in terms of the required goals, among the performed activities by evaluation and analyzing. Based on the number of used control variables in the treatment model, which indicate different methods of simultaneous prevention, including vaccination, treatment of infection, quarantine, and like or, the type of model, this study has been categorized and the results are presented. Also, in this review, the methods of implementing models from a numerical computation point of view and reality have also been discussed and time delay, stochastic, and discrete-time models in the case of SIR are also investigated. This review would help the researchers in order to have knowledge about the subject and activities carried out to continue research in this area are very helpful.

    Keywords: Optimal Control, Mathematical Model SIR, Differentiail Equation, Infectious Disease