[发明专利]一种粒子模拟的Voronoi图粒子合并算法

权利要求书

1.一种粒子模拟的Voronoi图粒子合并方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1、初始化用户参数：设置用户参数T、ratio和N_min，其中T是最大合并粒子数目，即不超过T个粒子可以合并成一个粒子，ratio是剩余粒子期望比率，用于决定用户期望的剩余粒子数，N_min是粒子合并阈值，用于判断当前网格是否需要进行粒子合并；

步骤2、预处理粒子列表，筛选出待合并粒子列表：

设当前粒子列表数目为N，若NN_min，则需要进行粒子合并，否则不需要进行合并，通过ratio计算用户期望剩余粒子数N_opt＝ratio*N，进而得到期望权重W_opt＝max(1,N/N_opt)；

将所有粒子的权重与期望权重进行比较：对于权重为W_i的第i个粒子，若W_iW_opt，则将该粒子加入待合并粒子列表；若W_i≥W_opt，则该粒子不参与合并，直接保留其原有属性；

步骤3、通过构造Voronoi图对待合并的粒子进行分组：将模拟区域划分成一个个的Voronoi单元，属性相似的粒子被分配到各自对应的V单元内，完成待合并粒子的分组；

步骤3.1、初始化第一个Voronoi单元，记为V₀；统计V₀内的粒子平均权重W₀、加权平均位置X₀以及加权平均动量P₀，并计算当前V₀内粒子的位置方差和动量方差进而求解V₀内粒子的离散程度；

步骤3.2、将和分别与容差系数err_x和err_p进行比较，其中err_x和err_p表示Voronoi单元内粒子位置和速度的偏离程度判定系数，不超过模拟误差；若所有方向都有和则表明当前Voronoi单元内的粒子满足合并条件，停止分裂并标记为true；

若有任意方向的或不满足条件，则比较当前Voronoi单元内的粒子数目是否小于T，若小于T，则表明Voronoi单元足够小，此时Voronoi单元停止分裂标记为false；否则当前Voronoi单元需要继续分裂；

对于需要分裂的Voronoi单元，找到位置和速度偏离最大的维度方向k；将V₀按照垂直于k方向进行分裂，则V₀分裂成两个新的Voronoi单元，记为V₁和V₂；将V₀内的粒子信息分类装入V₁和V₂，分类完成后删除V₀；

步骤3.3、对V₁和V₂执行步骤3.1和3.2，直至所有的Voronoi单元都遍历完成；

步骤4、实施合并方案对分组粒子进行合并：

对于划分好的各个Voronoi单元，标记为false的Voronoi单元内的粒子直接装入合并后粒子列表；标记为true的Voronoi单元，按合并方案进行合并，所有Voronoi单元合并完成后，当前网格合并结束，遍历模拟区域的所有网格；

粒子合并后，使得粒子规模有较大程度的减小，进而应用到离子推进器放电室的设计。

2.如权利要求1所述粒子模拟的Voronoi图粒子合并方法，其特征在于：所述步骤4中的合并方案为能量守恒或动量守恒的合并方案。

3.如权利要求1所述粒子模拟的Voronoi图粒子合并方法，其特征在于：所述步骤2中的合并，以合并后粒子的权重不超过期望权重为基准，合并后的粒子循环参与合并。