This paper presents two novel ensemble domain decomposition methods for fast-solving the Stokes-Darcy coupled models with random hydraulic conductivity and body force. To address such random systems, we employ the Monte Carlo (MC) method to generate a set of independent and identically distributed deterministic model samples. To facilitate the fast calculation of these samples, we adroitly integrate the ensemble idea with the domain decomposition method (DDM). This approach not only allows multiple linear problems to share a standard coefficient matrix but also enables easy-to-use and convenient parallel computing. By selecting appropriate Robin parameters, we rigorously prove that the proposed algorithm has mesh-dependent and mesh-independent convergence rates. For cases that require mesh-independent convergence, we additionally provide optimized Robin parameters to achieve optimal convergence rates. We further adopt the multi-level Monte Carlo (MLMC) method to significantly lower the computational cost in the probability space, as the number of samples drops quickly when the mesh becomes finer. Building on our findings, we propose two novel algorithms: MC ensemble DDM and MLMC ensemble DDM, specifically for random models. Furthermore, we strictly give the optimal convergence order for both algorithms. Finally, we present several sets of numerical experiments to showcase the efficiency of our algorithm.


翻译:本文针对具有随机水力传导系数与体积力的Stokes-Darcy耦合模型,提出了两种新型集成区域分解快速求解方法。为处理此类随机系统,我们采用蒙特卡洛(MC)方法生成一组独立同分布的确定性模型样本。为实现这些样本的快速计算,我们巧妙地将集成思想与区域分解方法(DDM)相结合。该方法不仅允许多个线性问题共享标准系数矩阵,还能实现易于使用的便捷并行计算。通过选取合适的Robin参数,我们严格证明了所提算法具有网格依赖与网格无关的收敛速率。对于需要网格无关收敛的情形,我们还提供了优化的Robin参数以实现最优收敛速率。我们进一步采用多级蒙特卡洛(MLMC)方法以显著降低概率空间的计算成本,因为当网格加密时所需样本数量会快速下降。基于以上研究,我们针对随机模型提出了两种新型算法:MC集成DDM与MLMC集成DDM,并严格给出了两种算法的最优收敛阶。最后,我们通过多组数值实验展示了所提算法的高效性。

0
下载
关闭预览

相关内容

Linux导论,Introduction to Linux,96页ppt
专知会员服务
82+阅读 · 2020年7月26日
FlowQA: Grasping Flow in History for Conversational Machine Comprehension
专知会员服务
34+阅读 · 2019年10月18日
Stabilizing Transformers for Reinforcement Learning
专知会员服务
60+阅读 · 2019年10月17日
《DeepGCNs: Making GCNs Go as Deep as CNNs》
专知会员服务
32+阅读 · 2019年10月17日
Keras François Chollet 《Deep Learning with Python 》, 386页pdf
专知会员服务
164+阅读 · 2019年10月12日
Hierarchically Structured Meta-learning
CreateAMind
27+阅读 · 2019年5月22日
Transferring Knowledge across Learning Processes
CreateAMind
29+阅读 · 2019年5月18日
Unsupervised Learning via Meta-Learning
CreateAMind
44+阅读 · 2019年1月3日
meta learning 17年:MAML SNAIL
CreateAMind
11+阅读 · 2019年1月2日
A Technical Overview of AI & ML in 2018 & Trends for 2019
待字闺中
18+阅读 · 2018年12月24日
disentangled-representation-papers
CreateAMind
26+阅读 · 2018年9月12日
STRCF for Visual Object Tracking
统计学习与视觉计算组
15+阅读 · 2018年5月29日
Focal Loss for Dense Object Detection
统计学习与视觉计算组
12+阅读 · 2018年3月15日
IJCAI | Cascade Dynamics Modeling with Attention-based RNN
KingsGarden
13+阅读 · 2017年7月16日
From Softmax to Sparsemax-ICML16(1)
KingsGarden
74+阅读 · 2016年11月26日
国家自然科学基金
13+阅读 · 2017年12月31日
国家自然科学基金
2+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
1+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
1+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
47+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
2+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
2+阅读 · 2014年12月31日
Arxiv
0+阅读 · 2024年9月28日
VIP会员
最新内容
乌克兰前线的五项创新
专知会员服务
1+阅读 · 今天6:14
 军事通信系统与设备的技术演进综述
专知会员服务
1+阅读 · 今天5:59
《北约标准:医疗评估手册》174页
专知会员服务
2+阅读 · 今天5:51
《提升生成模型的安全性与保障》博士论文
专知会员服务
1+阅读 · 今天5:47
美国当前高超音速导弹发展概述
专知会员服务
4+阅读 · 4月19日
无人机蜂群建模与仿真方法
专知会员服务
10+阅读 · 4月19日
澳大利亚发布《国防战略(2026年)》
专知会员服务
5+阅读 · 4月19日
全球高超音速武器最新发展趋势
专知会员服务
4+阅读 · 4月19日
相关资讯
Hierarchically Structured Meta-learning
CreateAMind
27+阅读 · 2019年5月22日
Transferring Knowledge across Learning Processes
CreateAMind
29+阅读 · 2019年5月18日
Unsupervised Learning via Meta-Learning
CreateAMind
44+阅读 · 2019年1月3日
meta learning 17年:MAML SNAIL
CreateAMind
11+阅读 · 2019年1月2日
A Technical Overview of AI & ML in 2018 & Trends for 2019
待字闺中
18+阅读 · 2018年12月24日
disentangled-representation-papers
CreateAMind
26+阅读 · 2018年9月12日
STRCF for Visual Object Tracking
统计学习与视觉计算组
15+阅读 · 2018年5月29日
Focal Loss for Dense Object Detection
统计学习与视觉计算组
12+阅读 · 2018年3月15日
IJCAI | Cascade Dynamics Modeling with Attention-based RNN
KingsGarden
13+阅读 · 2017年7月16日
From Softmax to Sparsemax-ICML16(1)
KingsGarden
74+阅读 · 2016年11月26日
相关基金
国家自然科学基金
13+阅读 · 2017年12月31日
国家自然科学基金
2+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
1+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
1+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
47+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
2+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
2+阅读 · 2014年12月31日
Top
微信扫码咨询专知VIP会员