把複雜的問題的每個時間步分解成若幹個中間步,例如把多維問題按座標分解成幾個一維問題,然後用差分法解這些比較簡單的各中間步,最後得到原始問題的近似解,這類方法叫作分步法。交替方向隱式法、預測校正法、局部一維方法、時間分裂法等都屬此類。
1955年D.W.畢斯曼與H.H.瑞契福特在(x,y)平面上用交替方向隱式法(簡稱ADI方法),解二維熱傳導問問題
![](/img3/4461.gif)
(1)
時,對
![](/img3/4462.gif)
與
![](/img3/4463.gif)
進行不同處理,一個取成顯式(顯式差分方法),一個取成隱式(隱式差分方法),並依次交替以保持對稱性。取Δ
x=Δ
y=
h時,可得出如下格式
格式(2)用瞭兩步合成一個循環,一般稱之為P-R格式。由於P-R格式交替地沿各個空間方向作一維隱式計算,也稱為交替方向隱式法,(2)的每個方程組都是系數矩陣為三對直線矩陣的線性方程組,容易求解,從(2)中消去
![](/img3/4465.gif)
經整理可得
把方程(1)的光滑解代入上式,其截斷誤差為
O(
h
2+Δ
t
2),這表明P-R格式具有二階精度。格式(2)的增長因子是
式中
![](/img3/4468.gif)
(
j=1,2)。由於
λ對任何
![](/img3/4469.gif)
都有│
λ│≤1 因此P-R格式(2)是無條件穩定的。P-R格式不宜向三維問題推廣,J.道格拉斯和瑞契福特又提出瞭一種三維問題的交替方向隱式法,也稱D-R方法。考慮三維熱傳導方程
![](/img3/4470.gif)
(3)
取空間步長
![](/img3/4471.gif)
D-R方法就是
![](/img3/4472.gif)
(4)
在(4)中消去
![](/img3/4473.gif)
,
![](/img3/4474.gif)
,可得等價格式
這可說明(4)與微分方程(3)相容,(5)的增長因子是
式中
![](/img3/4477.gif)
(
j=1,2,3)。對於一切
![](/img3/4478.gif)
,│
λ│≤1,因此 D-
R格式(4)是無條件穩定的。交替方向隱式格式除上述兩種外,還有其他各種變形格式,ADI方法從
u
n計算
u
n
+1要分幾步完成,中間要計算
![](/img3/4479.gif)
或
![](/img3/4480.gif)
,
![](/img3/4481.gif)
等。
對於熱傳導方程(3),H.H.亞年科1959年還提出瞭更簡單的格式
![](/img3/4482.gif)
(6)
消去
![](/img3/4473.gif)
,
![](/img3/4474.gif)
之後,得等價格式
展開成Δ
t的冪次式,得
這說明(6)與微分方程(3)相容,(6)的增長因子是
所以對於一切
![](/img3/4486.gif)
,它是穩定的。通常稱(6)是局部一維方法,它也是一種分步方法。上述方法的另一特點是把差分算子分解成為較簡單的差分算子的積,因而又稱算子分解法。