Parte 1: Introdução ao algoritmo FDTD de sincronização espaço-temporal
1. Histórico do algoritmo FDTD
O algoritmo FDTD (Domínio de Tempo de Diferença Finita) é um método clássico de simulação numérica usado principalmente para resolver as equações de Maxwell. Sua vantagem é que pode obter diretamente a resposta variável no tempo do campo eletromagnético no domínio do tempo sem transformada de Fourier.
O algoritmo FDTD de sincronização espaço-temporal é uma melhoria no método FDTD tradicional, que otimiza principalmente as etapas iterativas de tempo e espaço para sincronizá-las. Desta forma, os requisitos de armazenamento e o tempo de cálculo podem ser reduzidos e, ao mesmo tempo, melhorar a precisão do cálculo.
2. Conceitos básicos
No método FDTD, a distribuição espacial do campo eletromagnético é discretizada em uma série de pontos da grade, e o valor do campo eletromagnético em cada ponto da grade é atualizado iterativamente através da forma de diferenças finitas das equações de Maxwell.
A ideia principal da sincronização espaço-tempo é que as etapas iterativas de tempo e espaço sejam iguais, o que significa que cada etapa de espaço corresponde a uma etapa de tempo e vice-versa.
3. Vantagens da implementação C++
Usar C++ para implementar o algoritmo FDTD síncrono espaço-temporal pode efetivamente melhorar o desempenho do algoritmo. C++ é uma linguagem de programação compilada, multiparadigma e estaticamente digitada. Seus recursos como modelos, orientados a objetos e STL podem nos ajudar a organizar e gerenciar código com mais eficiência. Ao mesmo tempo, também podemos usar bibliotecas multi-threading e de otimização. para melhorar ainda mais a velocidade de cálculo.
Introdução à implementação de código C++:
#include <iostream>