与 Fornberg 算法相关的错误是什么?

计算科学 有限差分 数值分析 误差估计 精确
2021-12-26 03:54:29

Bengt Fornberg 在两篇论文中推导出了一种计算任意有限差分方案权重的通用方法:他1988 年的论文和(更好的)他1998 年的论文

与他在 1998 年论文中编纂的方法相关的数值错误是什么?对于这种特定算法,是否可以计算双精度算术的截断和舍入误差,甚至可以估计 - 如果可以,如何计算?

我了解它是如何使用从泰勒展开式派生的标准有限差分方案来完成的,但这似乎有点棘手,拉格朗日多项式等等。

1个回答

在我看来,最终你并不关心有限差分权重本身的数值误差,而是你使用这些权重时产生的数值误差。评估后一个错误非常简单。只需插入您的近似常数函数值。假设您的权重近似于导数,您应该得到相同的零。您很可能不会获得完全为零的值,而是机器精度级别的值。如果您的结果远大于此,则原因可能是计算权重中的数值错误。

您也可以对高阶函数执行此测试。假设您有二阶导数的二阶精确近似值,您将有一个与以下成正比的 TE

h2d4udx4

现在三次多项式的四阶导数为零,因此如果插入三次多项式的函数值,您的近似值应该会给出精确的二阶导数。精确导数和您计算的导数之间的偏差再次表明您的权重中的数值误差。

在我使用 Fornberg 算法时,我没有看到任何迹象表明数值计算的权重中的错误很显着。