渐近收敛的定义?

计算科学 收敛
2021-11-27 06:02:19

收敛和渐近收敛有什么区别?为什么说收敛是渐近的?

1个回答

通常,收敛是指误差随着离散化的精细度而减小;即对于有限差分/有限元,这往往会处理网格间距h,并声称误差达到0,因为h0

通常渐近收敛是指当 h 足够小时观察到的收敛行为。一个例子是有限差分:写出泰勒级数

u(x+h)=u(x)+u(x)h+u(x)2h2+

你可以重新排列得到

$\left|\frac{u(x+h) - u(x)}{h} - u'(x)\right| = \left|\frac{u''(x)}{2}h + \frac{u'''(x)}{3!}h^2\ldots\right|$.

这为我们提供了有限差分误差的精确表达式。对于足够小的 hh2h 和前导项 u(x)2h=O(h) 将主导上述表达式。但是,这仅在 h 足够小时才成立,这意味着这是一个渐近的结果。

另一个问题是,在求解偏微分方程时,有时可能存在影响方法收敛性的参数。例如,对于亥姆霍兹方程

κ2u+Δu=f

这个参数是波数 $\kappa$,对于对流扩散κ, and for convection-diffusion

(βu)ϵΔu=f

这个参数是$\epsilon$。大多数离散化实现渐近(准)最优行为,即当 $h$ 足够小(或随着离散化变得足够精细)时,解决方案将以某种方式表现。然而,$h$ 足够小的这个渐近限制也取决于这些参数;渐近收敛是有帮助的,但它并不能告诉你一切。ϵ. Most discretizations achieve asymptotically (quasi)optimal behavior, that as h is small enough (or as the discretization becomes fine enough), the solution will behave a certain way. However, this asymptotic limit for where h is small enough can also depend on these parameters; asymptotic convergence is helpful, but it doesn't tell you everything.