BDF2 和 TR-BDF2:哪个更好?

计算科学
2021-12-12 05:59:45

哪种数值求解 ODE 的方法更好?BDF2 还是 TR-BDF2?

即,TR-BDF2 与 BDF2 相比有什么优势?

BDF2 方法需要的值来计算,但我们可以在接下来的步骤中使用例如和 BDF2 的梯形方法。yn1ynyn+1n=0

TR-BDF2 方法使用梯形方法计算辅助值 ,并通过使用应用 BDF2 来计算 } 。yn+1/2yn+1ynyn+1/2

求解的 TR-BDF2表示以下方案: 这里是一个步长。这两个阶段都是隐含的。第一阶段是步长为的 BDF2 y=f(y)

yn+1/2=yn+τ4(f(yn)+f(yn+1/2)),
yn+1=13(4yn+1/2yn+τf(yn+1)).
ττ/2τ/2

UPD爱德华兹等人。在论文中关于热辐射扩散的 TR/BDF2 方法的非线性变体指出 BDF2 具有不良的守恒特性。您能否解释一下这如何影响计算精度?

2个回答

主要优点似乎是您可以结合梯形规则和 BDF2 步骤来创建一步法。单独使用 BDF2 需要引导才能迈出第一步。Edwards 等人的论点是 BDF2 的两步性质意味着时间步内的守恒关系具有记忆效应:它以非平凡的方式依赖于先前的时间步。TRBDF2 的时间步长内的守恒关系是简单的三点平均值。显然,根据 Edwards 的说法,这些守恒关系对于计算导出量(“源和汇项”)很重要,并且使用 TRBDF2 比 BDF2 更简单。

另一方面,BDF2 是刚性精确的(并且对刚性方程更有效),而 TR-BDF2 以及所有其他 DIRK 方案在刚性极限中仅减少到一阶,并且 BDF2 在求解所需的求解方面往往更有效给定的准确度水平。