Для идентификации экстремумов разностных решений уравнений в частных производных применяется схема сортировки с взаимно однозначным соответствием входных и выходных индексов сортируемых элементов [2]. К программе сортировки подсоединяется условный оператор, локализующий все минимумы среди элементов входной последовательности. Фиксируется любое меньшее половины минимального расстояния между минимумами. Условие локализации всех минимальных в
-окрестности значений дискретизированной функции одной переменной на равномерной сетке с шагом
примет вид [2]:
. Здесь
– элемент массива входных индексов, располагаемого в порядке отсортированных по неубыванию значений функции, образующих одномерный массив. Условие означает, что в
-окрестности узла с индексом
нет индекса входного элемента, который бы превосходил элемент с индексом
. Максимумы локализуются аналогично [5].Без принципиальных затруднений схема переносится на случай вычисления экстремумов функций двух и более переменных [2, 3]. Описанная схема переносится на случай идентификации всех экстремумов разностных решений уравнений в частных производных. Пусть, например, рассматривается задача о свободных колебаниях струны:
, (1)
где краевые и начальные условия заданы соответственно в виде:
,
(2)
Пусть задача определена в области , для которой строится равномерная прямоугольная сетка:
. Обозначив через
значения сеточной функции, приходим к разностной схеме
. Пусть
, тогда
(3)
где ;
Дополнив (3) значениями на нулевом слое
и значениями
на границе в соответствии с условиями (2), и аппроксимируя производную для подсчета
на первом слое, получим явную формулу второго порядка точности для вычисления недостающих значений на первом слое:
,
Пусть каким-либо способом осуществлен процесс вычислений (3) при фиксированных
и
(или
и
), т.е. получена таблица значений
– приближенный каркас решения
. Известно [1], что условие
(или
) обеспечивает устойчивость схемы и сходимость решения
при
в условиях (2). Как только сформирована таблица значений
, она интерпретируется как дискретная функция двух переменных
, которая стандартно поступает на вход метода, и для нее без принципиальных затруднений идентифицируются все искомые нули и экстремумы.
Для нахождения минимумов полученной сеточной функции выполняется проход в направлении оси вдоль
-го столбца прямоугольной сетки, во время которого находится минимальное по строкам значение
, этот минимум заносится на вход сортировки как
-й элемент сортируемого одномерного массива. К выходу процедуры подсоединяется оператор локализации минимума. Оператор идентифицирует каждый узел
, в проекции
- окрестности которого на
нет узлов, доставляющих значения элементов, предшествующие
в отсортированном массиве. Значение локализованной абсциссы точки минимума
дает привязку к локализуемой точке двумерного минимума, оно фиксируется и аналогичным образом локализуется ордината
, в которой идентифицируется минимум значения сеточной функции (3).Более детально схема описывается непосредственно [4,5].
В общем случае, предложенная схема идентифицирует все локальные и глобальные экстремумы разностных решений уравнений в частных производных второго порядка на прямоугольной сетке произвольной размерности. Схема может быть перенесена на уравнения более высокого порядка.