Book

Major Publications on Algorithms

All Journal Publications




Book

 
Numerical Methods in Applied Sciences edited by W. Cai, Z.C. Shi, C.W. Shu and J.C. Xu, Science Press, New York, pp 39-59, 1996
 

Major Publications on Algorithms



  










All Journal Publications



I.      Computational Algorithms and Methodologies

II.     Combustion System

III.    Electromagnetic Scattering in Microwave devices

IV.    Circuit Simulation and Model Reductions

V.      Photonics and Plasmon Systems

VI.     Quantum Transport in Nano-devices

VII.    Electrostatics and Generalized Born Theory for Biomolecules

VIII.   Mask Simulation in Lithography

IX.      Stochastic Simulation of Process Variations



 I.      Computational Algorithms and Methodologies
  1. Convergence of two nonconforming finite elements, in Journal of Computational Mathematics, Academia Sinica, 2, pp. 63-74, 1986.                                                                                                                                                                                                                      
  2. The limit problem of the Ziekiewicz finite element, in Journal of Computational Mathematics, Academia Sinica, 4, pp. 345-353, 1986.                                                                                                                                                                                           
  3. Essentially Non-oscillatory Spectral Method for Shock Wave Calculations, (with D. Gottlieb and C. W. Shu, Mathematics of Computation, 52, (1989) pp.389-410.                                                                                                                                                                                                                                                              
  4. Cell averaging Chebychev Method for Hyperbolic Problems, (with D. Gottlieb and A. Harten), Computers and Mathematics with Applications, vol. 24, No. 516, pp. 37-49, September 1992.                                                                                                                                                                                                                                                                                                                               
  5. Uniform High Order Spectral Methods for One and Two Dimensional Euler Equations, (with C.W. Shu), Journal of Computational Physics, vol. 104, No. 2, pp. 427-443, 1993. 

  6. On One-sided Filters for Spectral Fourier Approximations of Discontinuous Functions, (with C.W. Shu and D. Gottlieb), SIAM Numerical Analysis, Vol. 29, No. 4, pp. 905-916, August 1992.

  7. Coupling of Spectral Methods and H-P Version Finite Element Methods for PDE's on Nonsmooth Domains, (with H.C. Lee and H. -S. Oh), in Journal of Computational Physics, vol. 108, No. 2, pp. 314-326, October 1993.

  8. Domain decomposition and Computation of 2-D Detonation Waves, Contemporary Mathematics, Vol. 180, pp. 459-464, 1994.

  9. Adaptive Multiresolution Collocation Method for the Initial Value Boundary Problem of Nonlinear PDE's, (with J.Z. Wang), SIAM Journal of Numerical Analysis, Volume 33, Number 3, pp. 937-970, June 1996.                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                 
  10. Higher order mixed current basis functions for electromagnetic scattering of curved surfaces, Journal of Scientific Computing, Vol. 14, No. 1, pp. 73-105, 1999.

  11. Fast calculation of dyadic Green's functions for electromagnetic scattering in a multi-layered medium, (with Tiejun Yu) Journal ofComputational Physics, 165, 1-21, 2000.


  12. High Order Current Basis Functions for Electromagnetic Scattering of Curved Surfaces, Discontinous Galerkin Methods, Lecture Notes in Computational Science and Engineering, No. 11, Edited by B. Cockburn, G.E. Karniadakis, and C. W. Shu, pp. 271-276, Springer-Verlag, 2000.                                                                                                                                                                                        
  13. Inverse Matrix Evaluation for Linear Systems, (with Mohsen Tadi), Inverse Problems 17, pp. 247-260, 2001.

  14.  Level Set-Boundary Element Method for Simulation of Dynamic Powder Consolidation of metels, (with Zhilin Li) Lecture Notes in Computer Science 1988, Edited by L. Vulkov, J. Wasniewski, and P. Yalamov, pp. 527-534, Springer-verlag, 2001.                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                               
  15. An Inverse Method for Parabolic Equations Based on Quasi-Reversibility, (with Mohsen Tadi, Michael Klibanov), COMPUTERS & MATHEMATICS WITH APPLICATIONS  43 (8-9): 927-941, APR-MAY 2002.

  16. Singularity Treatment and High Order RWG Basis Functions for Integral Equations of Electromagnetic Scattering, International Journal for Numerical Methods in Engineering, Vol. 53, No. 1, January  2002.

  17. Algorithmic Issues for Computational Electromagnetic Scattering in Layered Media: Green's Function, Basis Function and Fast Solver, Special Issue of Advances in Computational Mathematics: Modeling and Computation of Optics and Electromagnetics, 16: 157-174, 2002.                                                                                                                                                                                                                                                                                                                
  18. An Upwinding Embedded Boundary Methods for Maxwell equations, (with S.  Deng)  Journal of Computational Phyiscs, 190, 2003.                                                                                                                                                                                                                                                                                               

  19. An Exact Absorbing Boundary Condition for Exterior Helmholtz Equation in Layered Media (with H.T. Yang), in Advances in Computation: Theory and Practice, Science Press, NY, p97, 2004

  20. Discontinuous Galerkin Methods for Dispersive and Lossy Maxwell's Equations and PML Boundary Conditions, T. Lu, P.W. Zhang, W. Cai, Journal of Computational Physics, 200 (2004), pp. 549-580.

  21. Numerical Methods for Maxwell's Equations in Inhomogeneous Media with Material Interfaces, W. Cai, Journal of Computational Mathematics, Vol. 22, No. 2, pp. 156-167, 2004.                                                                                                                                                                                         
  22. Analysis and Application of an Orthogonal Nodal Basis on Triangles for Discontinuous Spectral Element Methods, Applied Numerical Analysis and Computational Mathematics, 2(3):311-330, 2005

  23. FIFA - “ Fast Interpolation and Filtering Algorithm for Calculating Dyadic Green's Function in the Electromagnetic Scattering of Multi-layered Structures,   the Communication in Computational Physics, Vol. 1, No. 2, pp. 228-258, 2006.                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                               
  24. A Fourth-Order Upwinding Embedded Boundary Method (UEBM) for Maxwell's Equations in Media with Material Interfaces: Part I, S. Deng, W. Cai, the Communication in Computational Physics, Volume 1, Number 4, June 2006, pp. 744-764.
                                                                                                                                                                                           
  25.  Discrete Image Approximations of Ionic Solvent Induced Reaction Field to Charges, S.Z. Deng, W. Cai,   the Communications in Computational Physics, 2 (2007), p.1007-1026.                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                              
  26. A Comparable study of image approximations to the reaction fields, Shaozhong Deng, Wei Cai, Donald Jacobs, Computer Physics Communications, Vol. 177, 9, Nov. (2007), pp. 689-699.                                                                                                                                                                                        
  27.  Image Methods for Electrostatics Potentials, to appear in Advances in mathematics and applications, 2008.                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                           
  28. A Fourier Spectral-Discontinuous Galerkin Methods for Time Dependent 3-D Schrodinger-Poission Equations with Discontinuous Potentials, T. Lu, W. Cai,  the Journal of Computational and Applied Mathematics, 220, (2008), 558-614.                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                  
  29. Transmission and Dispersion Characteristic of a Discontinuous Galerkin Method for Maxwell's Equations in Dispersive Inhomogeneuos Media, X. Ji, W. Cai, P.W. Zhang,  Journal of Computational Mathematics, 26, (2008), pp. 347-364.                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                  
  30. A  Generalized Discontinuous Galerkin Method (GDG) for Schrodinger Equations with Nonsmooth Solutions, Kai Fan, Wei Cai, Xia Ji,  the Journal of Computational Physics, 227 (2008), pp. 2387-2410.                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                              
  31. A Schwarz Generalized Eigen-oscillation Spectral Element Method (GeSEM) for 2-D High Frequency Electromagnetic Scattering in Dispersive Inhomogeneous Media, W. Cai, X. Ji, J.G. Sun, S.H. Shao, the Journal of Computational Physics, 227 (2008) 9933–9954.                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                            
  32. Fast Spectral Collocation Method for Surface Integral Equations of Potential Problems in a Spheroid, Zhenli Xu, W. Cai, submitted to the Communications in Computational Physics, Sept. 2008                                                                                                                                                                                                    
  33. Image charge methods for a three-dielectric-layer hybrid solvation model of biomolecules, P.H. Qin, Z.L. Xu, W. Cai and D. Jacobs, submitted to the Communications in Computational Physics, October,2008.                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                  
  34. A Sixth-order Image Approximation to the Ionic Solvent Induced Reaction Field, M. Xiang, S. Z. Deng, W. Cai, submitted in revised version to the Journal of Scientific computing, 2/2009. 
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                     II. Combustion System  
            
  35. High-order Numerical Methods for the Computation of Cellular Structure of 2-D Detonation Waves, AIAA Journal, Vol. 33, No. 7, PP 1248-1255, (July, 1995)


  36. Direct numerical calculation of neutral stability curve for one-dimensional detonations, (with W.H. Oh, Y.L. Zhu), SIAM Journal of Scientific Computing, Volume 17, Number 4, pp. 814-829, July 1996.  

  37. An Adaptive Spline Wavelet ADI (SW-ADI) Method for two-dimensional Reaction Diffusion Equations, (with Wu Zhang), Journal of Computational Physics, Vol. 139, pp. 92-126 (1998).                                                                                                                       
                                                                                      III. Electromagnetic Scattering in Microwave devices                                                                                                                                                                                                                                                                                     
  38. High Order mixed RWG basis functions for electromagnetic applications, IEEE transaction on Microwave Theory and Technology, Vol. 49, No. 7, pp. 1295-1303, July 2001.                                                                                                                                                  
  39. High Order Window Functions and Fast Algorithms for Calculating Dyadic Electromagnetic Green?s Functions in Multilayered Media, (with Tiejun Yu), Radio Science, July, 2001.                                                                                                                                                                                          
  40. Discontinuous Galerkin Time Domain Methods for GPR Simulation in Dispersive Media, T. Lu, W. Cai, Pingwen Zhang,  IEEE Transaction GRS, Volume: 43 , Issue: 1 ,  Pages:72 - 80, Jan. 2005.                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                            
                                                                                      IV. Circuit Simulation and Model Reductions                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                     
  41. A fast wavelet collocation method for high speed circuit simulation (with Dian Zhou), IEEE transaction on circuits and systems, Vol. 46, No. 8, pp. 920-930, 1999.

  42. An adaptive wavelet method for nonlinear circuit simulation (with Dian Zhou and W, Zhang), IEEE transaction on circuits and systems, Vol. 46, No. 8, pp. 931-938, 1999.                                                                                                                                                                                       
  43. An efficient DC-gain matched balanced truncation realization for VLSI interconnect circuit order reduction, Microelectronic Engineering, Vol. 60, issue 1-2, p. 3-15, 2002.                                                                                                                                                                                       
  44. Behavioral modeling for analog system-level simulation by wavelet collocation method, X. Li, X. Zeng, D. Zhou, X. Ling, W. Cai, IEEE Transactions on Circuits and Systems II: Analog and Digital Signal Processing, Vol. 50, Issue: 6, 299-314, (2003).                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                               
  45. Analog behavioral modeling by multi-companding and wavelet collocation method, J. Tao, X. Zeng, W. Cai, D. Zhou, C. Chiang, Analogue Integrated Circuits and Signal Processing, An International Journal, vol. 49, pp 291-297,Sept, 2006.                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                               
  46. Adaptive stochastic collocation method for parameterized statistical timing analysis with quadratic delay model, Y. Wang, X. Zeng, J. Tao,  H.L. Zhu and W. Cai,  IEICE TRANSACTIONS on Fundamentals of Electronics, Communications and Computer Sciences  Vol.E91-A  No.12  pp.3465-3473, 2008.                                                                                                                                                                                      

                                                                             V. Photonics and Plasmon Systems                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                             
  47. Numerical Study of Light Propagation via Whispering Gallery Modes in Microcylinder Coupled Resonator Optical Waveguides,   Optics Express, 12, 6468-6480 (2004).                                                                                                                                                                                        
  48. Discontinuous Spectral Element Methods for Optical Transfer by Whispering Gallery Modes in a Photonic Waveguide of Coupled Microcylinders, S. Deng, W. Cai,  Journal of Optical Society of America, A, Vol. 22, No. 5/May 2005.

  49. Discontinuous Galerkin Time Domain (DGTD) Methods for the Study of Waveguide Coupled Microring Resonators, X. Ji, T. Lu, W. Cai, and P.W. Zhang,  the Journal of Lightwave Technology, VOL. 23, NO. 11, pp. 3864-3874, NOVEMBER 2005.                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                               
  50. Optical Coupling at a distance between detuned spherical cavities, A. Kanaev, V. Astratov, W. Cai,  Applied Physics Letter, 88, 111111 (2006).

  51. A Boundary Integral Equation Method for Photonic Crystal Fiber, M. Cho, W. Cai, T. Her, the Journal of Scientific Computing, vol. 28, No. 2-3, Sept. 2006, pp. 263-278.                                                                                                                                                                                         
  52. High Order DGTD Methods for Dispersive Maxwell's Equations and Modelling of Silver Nanowire Coupling, X. Ji, W. Cai, P. Zhang,   the International Journal of Numerical Methods in Engineering, In Press, July, 2006.                                                                                                                                                                                                                                                                                                       
  53. A Full Vectorial Generalized Discontinuous Galerkin Beam Propagatiom Method (GDG-BPM) for Inhomogeneous Optical Waveguide, K. Fan, W. Cai, X. Ji,  the Journal of Computational Physics,  227 (2008), pp. 7178.                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                             
                                                                                           VI. Quantum Transport in Nano-devices                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                      
  54. Conservative Local Discontinuous Galerkin Methods for Time Dependent Schroedinger Equation, T. Lu, W. Cai, and P.W. Zhang,  International Journal of Numerical Analysis and Modeling, Vo. 1, 45-65, 2005.                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                 
  55. Accurate Calculation of Green's Functions of Schrodinger Equations in Block Layered Potentials, S. H. Shao,  W. Cai, H. Z. Tang,  the Journal of Computational Physics, 216 (2006), pp. 733-748.                                                                                                                                                                                         
  56. Boundary Treatments in the Nonequilibrium Green's functions (NEGF) methods for transport in Nano-MOSFETs, H. Y. Jiang, S.H. Shao, W. Cai, P.W. Zhang,  the Journal of Computational Physics, 227, (2008), pp. 6553.                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                
  57. Adaptive conservative cell-averaged spectral element methods for transient Wigner equation for quantum transport, S. H. Shao, W. Cai, T. Lu,   submitted to the Communcations in Computational Physics, May, 2009.                                                                                                                                                                                                                                                                                                                          
  58. Effect of Boundary Treatment on Quantum Transport Current in the Green's Function and Wigner Distribution Methods for a Nano-scale DG-MOSFET, H. Y. Jiang, W. Cai, submitted to the Journal of Computational Physics, May, 2009.                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                            
                                                                           VII. Electrostatics and Generalized Born Theory for Biomolecules                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                      
  59. Extending the Fast Multipole Method to Charges Inside or Outside a Dielectric Sphere, W. Cai, S. Z. Deng, D. Jacobs, the Journal of Computational Physics, 223 (2007), pp.  846-864.                                                                                                                                                                                        
  60. Extending the fast multipole method for charges inside a dielectric sphere in an ionic solvent: high order image approximations for reaction fields, S.Z. Deng, W. Cai, the Journal of Computational Physics, 227 (2007), 1246-1266.                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                  
  61.  A new FFT-based algorithm to compute Born radii in the generalized Born theory of biomolecule solvation, Wei Cai, Zhenli Xu, A. Baumketner,  the Journal of Computational Physics, 227 (2008) 10162–10177                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                 
  62. Image Charge Approximations of Reaction Fields in Solvation with Arbitrary Ionic Strength,  Zhenli Xu, Shaozhong Deng, submitted to the Journal of Computational Physics, Jan. 2008.                                                                                                                                                                                        
  63. Optimal integral expressions for effective radii in the generalized Born modelof molecular solvation, Z.L. Xu, W. Cai, and A. Baumketner, submitted to the Journal of Chemical Physics, January, 2009.                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                               
  64. An Image-based reaction field method for electrostatic interactions in molecular dynamics simulations of aqueous solutions, Yuchun Lin, Andriy Baumketner, Shaozhong Deng, Zhenli Xu, Donald Jacobs, Wei Cai, to be submitted to the Journal of Chemical Physics.
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                               
                                                                        VIII. Mask Simulation in Lithogography                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                      
  65. Highly Parallel Rigorous Simulation of Phase Shift Masks with a Generalized Eigen-oscillation Spectral Element Method (GeSEM), K. Zong, X. Zeng, X. Ji and W. Cai, submitted to the Journal of Micro/Nanolithography, MEMS, and MOEMS,  special issue on Computational Lithography, October, 2008.                                                                                                                                                                                                 

                                                                                 IX. Stochastic Simulation of Process Variations
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                  
  66. A sparse grid based spectral stochastic collocation method for variations-Aware capacitance extraction of interconnects under nanometer process technology, H.L. Zhu, X. Zeng, W. Cai, J.T. Xue, D. Zhou, IEEE/ACM DATE’2007.                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                
  67. Generalized stochastic collocation method for variation-aware capacitance extraction of interconnects considering arbitrary random probability, H. L. Zhu, X. Zeng, X. Luo, W. Cai, to appear in the IEICE TRANS. ELECTRON, 2009.                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                
  68. A contact mechanics based model for general rough pads in chemical mechanical polishing processes, C. Y. Feng, X. Zeng, Changhao Yan , Jun Tao ,W. Cai, submitted to the Journal of The Electrochemical Society, January, 2009.