ODE:对于给定的计算步骤,隐式欧拉应该比显式欧拉更准确吗?

计算科学 隐式方法 显式方法
2021-12-04 01:26:43

我知道欧拉显式是有条件稳定的,而欧拉隐式是无条件稳定的。而且我知道将欧拉隐式与一个小的计算步骤一起使用可能是毫无意义的,而欧拉显式是稳定的。但是从理论的角度来看,两者中的一个是否应该比另一个更准确,当然对于显式方法稳定可以证明,欧拉显式和欧拉隐式的局部截断误差与成线性关系,因此全局截断误差应与成比例,因此它们都是一阶准确的。而且据我了解,ΔtΔtΔt2ΔtΔt应该是一样的,还是在这里我做错了?在关于隐式与显式方法的 FLOW-3D 技术手册中,我读到:

对于具有最小欠松弛(即,小阻尼)的隐式方法,必须使用比稳定的显式值小得多的时间步长。[...] 为了减少这种欠松弛阻尼,时间步长必须远小于显式稳定性限制,但这没有什么意义,因为不需要隐式方法。

这是真的?由于它们都是一阶的,我们是否可以证明前面的比例常数对于隐式方案来说更大并且取决于步长(更高的步长更大的阻尼)?这个问题的答案可以推广到龙格-库塔方案吗?Δt

1个回答

一般来说,仅仅因为方法 A 提供了某些保证(例如无条件稳定性、能量守恒、辛)并不意味着它更准确。事实上,一个常见的观察结果可能正好相反:例如,如果一个方法是辛的,那么它保证对于某些量(例如角动量)的误差为零,但在解向量的范数中,误差往往大于其他非辛方法。它有点像水气球:如果你向一个方向挤压它,它必须向另一个方向膨胀。

所以不,没有理由相信隐式 Euler 方法通常比显式 Euler 方法更准确。