右手边会影响 Krlylov 子空间方法的收敛速度吗?

计算科学 线性代数 迭代法
2021-12-17 17:48:31

考虑通用系统Ax=b. Krylov 子空间方法的收敛是否取决于实际向量b假设最初的猜测为零?我的意思是诸如源的位置(RHS 表示增量源的极限情况)或其中值的动态范围等因素。有限精度在这里有什么作用吗?

2个回答

当然。常见的 Krylov 空间方法构建解决方案Ax=b作为空间中的第一个近似值{r}(在哪里r=bAx0最初的猜测x0), 然后{r,Ar}, 然后{r,Ar,A2r}等。因此,寻求解决方案的空间取决于右手边的向量。如果您的解决方案恰好是,比如说,在{r,Ar,A2r},则迭代将在 3 次迭代后终止。

也就是说,如果你从纯粹的实际角度来问这个问题,那么答案是否定的。在实践中,这种幸运的迭代故障很少发生,并且通常观察到您需要的迭代次数并不强烈依赖于右手边,就像它不强烈依赖于您的起始猜测一样迭代。例如,在自适应有限元方法中,人们可能认为值得在一个网格上开始 CG 迭代,并将前一个网格的解插值到当前网格——因为它应该已经接近当前网格上的解。然而,这并不值得:迭代次数可能会略低,但不足以证明插值解决方案的努力是合理的。这表明在实践中,

只是一个注释。我想你在谈论泊松问题的特例。(?)

Krylov 子空间方法的行为取决于初始残差。如果初始猜测为零,这仅是右侧,这不一定是您在数值 pde 中想要的,因为您可能通过在可用的较粗网格上的计算获得良好的近似值。

如果您考虑对称系统,那么考虑对角矩阵来研究所有相关情况(精确算术)就足够了。因此,收敛行为取决于在您的 ansatz 空间上将初始残差分解为拉普拉斯算子的特征模态。

(最终,我认为情况会变得更糟,因为狄拉克三角洲作为一种分布,是拉普拉斯算子的“大部分”本征模态的叠加。看看实线上的傅立叶变换。)