2D/3D FEM 刚度矩阵的最佳带宽界限

计算科学 有限元 稀疏矩阵 图论
2021-12-03 20:21:20

这里有人知道 2D/3D FEM 刚度矩阵的最佳带宽是否存在界限?

编辑:更具体地说,我希望在对矩阵进行最佳重新排序后限制最小带宽。(带宽的这种定义是图论中的常用定​​义。)

1个回答

让我们来一个n×n网状(与N=n2未知数)并考虑是否可以枚举它们以使最终带宽小于m=n=N? 如果您从左到右枚举第一行,然后从左到右枚举下一行,依此类推,您将使用 5 点模板获得此带宽。在这种情况下,每个自由度i情侣i1i+1(左右邻居)以及与i+nin(顶部和底部邻居),并且每个耦合都会导致矩阵中的非零条目。尽你所能尝试,你不会找到更好的编号,因此带宽的下限是m=N. 当然,(无趣的)上限是m=N您基本上可以通过随机枚举获得。

在 3d 上下文中,类似的论点n×n×nN=n3未知数导致带宽的下限m=n2=N2/3.

人们可以将这些考虑因素推广到非结构化网格,在这种情况下,Cuthill-McKee 算法提供了相当不错的自由度枚举。在这种情况下,带宽的下限由算法的一个步骤中枚举的最大未知数集(“层”)给出,然后您将在该算法的所有可能起始集上取最小值.