วิธีการวนซ้ำสำหรับระบบไม่ จำกัด โดยไม่มีโครงสร้างบล็อก


9

ระบบที่ไม่แน่นอนของเมทริกซ์จะปรากฏขึ้นเช่นในการแยกแยะปัญหาของจุดอานโดยองค์ประกอบ จำกัด เมทริกซ์ระบบสามารถใส่ในแบบฟอร์มได้

(ABเสื้อB)

โดยที่คือลบ (กึ่ง) - ไม่มีขีด จำกัด ,เป็นบวก (กึ่ง -) แน่นอนและเป็นกฎเกณฑ์ แน่นอนขึ้นอยู่กับการประชุมคุณอาจใช้เงื่อนไขที่แน่นอน แต่นี่เป็นโครงสร้างของเมทริกซ์เหล่านั้นAB

สำหรับวิธีการเหล่านี้สามารถใช้วิธีของอุซาวะได้ซึ่งเป็นเพียง "กลอุบาย" เพื่อแปลงระบบให้เป็นระบบกึ่งแน่นอนที่เทียบเท่าซึ่งสามารถแก้ไขได้โดย Conjugate Gradient, Gradient Descent และอื่น ๆ

ฉันเผชิญกับระบบไม่ จำกัด ซึ่งไม่มีโครงสร้างบล็อกดังกล่าว วิธีการประเภทอุซวะวะไม่ได้ใช้ในกรณีนั้น ฉันรับรู้ถึงวิธีการตกค้างขั้นต่ำ (MINRES) ที่ได้รับการแนะนำโดย Paige & Saunders ซึ่งเป็นเพียงการสอบถามซ้ำสามครั้งและดูเหมือนว่าจะใช้งานได้ง่าย

คำถาม:โดยทั่วไปแล้ว MINRES เป็นตัวเลือกที่ดีพูดทำต้นแบบหรือไม่ มันเกี่ยวข้องกับภาคปฏิบัติหรือไม่? การปรับสภาพล่วงหน้าไม่ใช่ประเด็นสำคัญในขณะนี้


คุณช่วยพูดอะไรอีกเล็กน้อยเกี่ยวกับสิ่งที่ทำให้เมทริกซ์ของคุณพิเศษ? เช่นปัญหานี้มาจากไหน? มีโครงสร้างแบบอื่นอีกไหม? อื่น ๆ
Bill Barth

ฉันปล่อยให้มันว่างเปล่าโดยเจตนาเพื่อให้ได้คำตอบทั่วไปมากที่สุด (ตรงไปตรงมานี่ถือว่าโดยทั่วไปว่ามีคำตอบทั่วไปที่น่าพอใจ) แต่ตัวอย่างที่มีสมการของเฮล์มโฮลทซ์ด้านล่างนี้เป็นสิ่งที่ฉันมีอยู่ในใจ
shuhalo

คำตอบ:


7

หากคุณไม่กังวลเกี่ยวกับการปรับสภาพล่วงหน้า MINRES เป็นตัวเลือกมาตรฐาน อย่างไรก็ตามโปรดทราบว่า MINRES ต้องการตัวกำหนดเงื่อนไขล่วงหน้าที่แน่นอนแบบสมมาตร

หากคุณกังวลเกี่ยวกับการปรับสภาพล่วงหน้าคุณจำเป็นต้องพิจารณาความแตกต่างทางโครงสร้างระหว่างปัญหาจุดอานส่วนใหญ่และปัญหาไม่ จำกัด ทั่วไป ปัญหาจุดอานส่วนใหญ่เกิดขึ้นเมื่อแก้ไขปัญหารูปไข่ด้วยข้อ จำกัด ที่บังคับใช้โดยตัวคูณแบบลากรองจ์ ข้อ จำกัด ด้านการบีบอัดและการติดต่อเป็นตัวอย่างทั่วไป สำหรับปัญหาดังกล่าวผู้ปฏิบัติงานจะถูกบีบบังคับบนพื้นที่ย่อยที่มีข้อ จำกัด ซึ่งเป็นที่พอใจโดยมีฟังก์ชั่นของกรีนที่สลายตัวได้อย่างรวดเร็ว ปัญหาดังกล่าวสามารถแก้ไขได้อย่างมีประสิทธิภาพโดยใช้บล็อก preconditioners (preconditioned Uzawa เป็นสมาชิกของครอบครัวนี้), multigrid กับ smoothers ที่เข้ากันได้ (เช่น Vanka หรือจากการย่อยสลายบล็อก) หรือการสลายตัวของโดเมนหลายระดับที่มีปัญหาท้องถิ่นและหยาบ

ตัวอย่างต้นแบบของปัญหาไม่ จำกัด ที่ไม่ใช่ปัญหาของจุดอานคือสมการของเฮล์มโฮลทซ์

-(aยู)-k2ยู=

ที่ไหน a(x)ถูกผูกไว้อย่างสม่ำเสมอบนด้านบนและด้านล่างโดยค่าคงที่บวก สำหรับkขนาดใหญ่ฟังก์ชั่นของ Green นั้นมีความผันผวนสูงซึ่งทำให้การปรับสภาพล่วงหน้า (และการแยกส่วน) ทำได้ยาก วิธีการที่เหมาะสมสองวิธีคือการสร้างเงื่อนไขล่วงหน้าโดยยึดตามเลเยอร์ที่จับคู่อย่างสมบูรณ์และ "คลื่นรังสีหลายจุด" ดังที่อธิบายไว้ในคำตอบของคำถามนี้ น่าเสียดายที่วิธีการเหล่านี้ค่อนข้างกำหนดเองสำหรับสมการและเทคนิคเฉพาะที่จะใช้


1
เพื่อความเป็นธรรมในขณะที่ผู้ที่มีเงื่อนไขเบื้องต้นในการกวาดนั้นต้องใช้เทคนิคอย่างมีประสิทธิภาพในแบบคู่ขนาน แต่แนวคิดนี้ไม่ได้เฉพาะเจาะจงกับเฮล์มโฮลทซ์ ข้อกำหนดหลักคือเงื่อนไขขอบเขตการดูดซับ (เช่นเลเยอร์ที่จับคู่อย่างสมบูรณ์แบบ)
Jack Poulson

3

คำถามที่เกี่ยวข้องที่อาจเป็นที่สนใจคือฉันควรทำตามแนวทางอะไรเมื่อเลือกตัวแก้ระบบเชิงเส้นหร็อมแหร็ม? แม้ว่าในกรณีนี้คุณจะสนใจเฉพาะวิธีการวนซ้ำเท่านั้น ความเข้าใจของฉันเกี่ยวกับวิธีการวนซ้ำคือการบรรจบกันของวิธีการใดก็ตามขึ้นอยู่กับสเปกตรัมของเมทริกซ์ของคุณ แม้ว่าคุณจะไม่สามารถใช้วิธีของ Uzawa ได้ แต่คุณยังสามารถลองใช้ GMRES, Biconjugate การไล่ระดับสีที่มีความเสถียร, MINRES, วิธีที่เหลือน้อยที่สุดแบบกึ่งเรียบและวิธีการวนซ้ำอื่น ๆ ที่ใช้กับเมทริกซ์ไม่ จำกัด

หากการเข้ารหัสวิธีการต่าง ๆ เป็นเรื่องที่น่ากังวลคุณสามารถเรียกใช้ตัวแก้ปัญหาในอัลกอริทึมของคุณโดยใช้ไลบรารี่เช่นPETScซึ่งใช้ตัวแก้เชิงเส้นแบบวนซ้ำหลากหลาย


1

MINRES เป็นตัวเลือกที่ดีที่สุดสำหรับปัญหาประเภทนี้


1
กรุณาอย่าเชื่อมโยงเว็บไซต์ส่วนบุคคลของคุณด้วยวิธีนี้ อย่าลังเลที่จะเชื่อมโยงแหล่งข้อมูลเฉพาะที่เกี่ยวข้องกับคำตอบของคุณ แต่อย่าเชื่อมโยงเว็บไซต์ส่วนบุคคลของคุณด้วยวิธีนี้ ฉันได้ลบมันออกจากคำตอบนี้ ลิงก์ดังกล่าวอยู่ในโปรไฟล์ผู้ใช้ของคุณ
Jed Brown

คุณช่วยอธิบายได้อย่างละเอียดว่าเหตุใด MINRES จึงเป็นตัวเลือกที่ดีที่สุดสำหรับปัญหาประเภทนี้ การเพิ่มรายละเอียดมากขึ้นจะช่วยให้คำตอบของคุณมีประโยชน์ต่อชุมชนมากขึ้นและจะช่วยให้คุณได้คะแนนมากขึ้น
Geoff Oxberry
โดยการใช้ไซต์ของเรา หมายความว่าคุณได้อ่านและทำความเข้าใจนโยบายคุกกี้และนโยบายความเป็นส่วนตัวของเราแล้ว
Licensed under cc by-sa 3.0 with attribution required.