收敛速度与收敛顺序

计算科学 收敛
2021-12-18 10:18:17

我对收敛速度和收敛顺序的概念有点困惑。让我先给你我们使用的定义:[对不起英语,都是自译的]

x成为我们的解决方案。

定义1:序列x(k)被称为线性收敛于x, 如果

L<1 so that x(k+1)xLx(k)x,kk0.

我们称常数L为收敛速度。

定义 2:数值方法的收敛阶为p,如果:

C>0 so that x(k+1)xCx(k)xp,kNwith C<1 for p=1.

注意:我们假设选择了起始值,以便我们得到一个收敛序列。

问题:

问题1:有人可以在这里解释一下CL之间的区别L吗?

问题 2:有人可以解释一下收敛速度/顺序背后的概念/想法吗?【只是我从另一个角度听到的】

问题 3:另外,我经常看到我们使用 linglog 和 loglog 图,但我真的不明白为什么要这样做。例如,如果我们有线性收敛,如果我们用 lin-log 绘制我们的错误,我们可以看到一个线性函数。(为什么我们需要这里的 lin-log 图)

1个回答

x(k)x是第项的误差,称之为对于“好的”数值方法,我们希望近似值越来越接近所需结果,因此必须减小到零。如果保证误差至少减少到上一步的某个分数,则您有线性收敛:这基本上保证了误差下降的速度至少与几何级数一样快。一个例子是收敛到 1 的序列的误差,因此kEkEkL

Ek+1LEk.
0.9,0.99,0.999k10kL=0.1

但误差下降的速度可能快于线性。考虑序列这也收敛到 1,但在每一步中,误差都会随着上一步的平方而减小,因此当您的收敛顺序比线性更快()时,您并不真正担心:它甚至可能大于 1。但是当时,变得与相同并且您希望它更小大于 1。

0.9,0.99,0.9999,0.99999999
p=2p>1Cp=1CL

现在为什么是对数线性图?假设线性收敛与几何减少误差,我们将用相等 替换取其对数, ,这是一条线性曲线。

Ek=LkE0
log(Ek)=log(E0)klog(L)