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daihaipeng

木虫 (小有名气)

[求助] 如何有效求解有多个点电荷的平面上电势的最大值

先来一个简单的问题,在平面上有n个随机分布的带正电的点电荷,设电量各为q1,q2,...,qn. 现在的问题是如何求得平面上电势最大值?

上面的这个问题应该能用某种数字方法求解,如最速下降,共轭梯度,那什么方法效率最高呢?

接下来来一个更一般的问题,还是考虑在平面上有n个随机分布的带正电的点电荷,设电量各为q1,q2,...,qn,用大集合S表示。不同的是现在要穷举有可能的点电荷子集Si,如{q1,q3} (假设S={q1,q2,q3,q4,q5}),找出所有的满足以下要求的子集:当平面上只有子集内的点电荷时,平面上最大电势值大于或等于一个给定的常数U。

显然,后一个问题计算规模会很大,那有没有可能的加速算法呢?因为这里不需要求得最大的场强值了,并且当一个子集求解出来后,如{q1,q3},那我们就知道所有包含这个子集的集合,如{q1,q2,q3}也满足同样的条件。

当然,所有的数值计算方法都是有精度的,所以我们可以把给定的常数U放宽到U+e,假设e为很小很小的常数。另外,我们也可以假设只有在距点电荷距离小于或等于R的范围内才考虑电势,以减少搜索空间。

希望大家能帮忙给点意见,不吝赐教,谢谢。
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daihaipeng

木虫 (小有名气)

sorry, 我没说清楚,电势是利用公式U=q/(C+d)^2来求,这里的C是一个常数,q是电荷,d是距离,这样就可以保证不会出现电势无穷大的情况了。

因为我是把其他问题等价转换过来的,所以大家不用考虑这样做的合理性。

谢谢,
2楼2013-04-18 09:14:21
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