Parallel-in-time methods for partial differential equations (PDEs) have been the subject of intense development over recent decades, particularly for diffusion-dominated problems. It has been widely reported in the literature, however, that many of these methods perform quite poorly for advection-dominated problems. Here we analyze the particular iterative parallel-in-time algorithm of multigrid reduction-in-time (MGRIT) for discretizations of constant-wave-speed linear advection problems. We focus on common method-of-lines discretizations that employ upwind finite differences in space and Runge-Kutta methods in time. Using a convergence framework we developed in previous work, we prove for a subclass of these discretizations that, if using the standard approach of rediscretizing the fine-grid problem on the coarse grid, robust MGRIT convergence with respect to CFL number and coarsening factor is not possible. This poor convergence and non-robustness is caused, at least in part, by an inadequate coarse-grid correction for smooth Fourier modes known as characteristic components.We propose an alternative coarse-grid that provides a better correction of these modes. This coarse-grid operator is related to previous work and uses a semi-Lagrangian discretization combined with an implicitly treated truncation error correction. Theory and numerical experiments show the coarse-grid operator yields fast MGRIT convergence for many of the method-of-lines discretizations considered, including for both implicit and explicit discretizations of high order. Parallel results demonstrate substantial speed-up over sequential time-stepping.


翻译:偏微分方程(PDE)的并行时域方法近年来发展迅速,尤其在扩散主导问题中效果显著。然而,文献广泛指出,许多此类方法在对流主导问题中表现较差。本文针对恒定波速线性对流问题的离散格式,分析了特定的迭代并行时域算法——多网格时域约化(MGRIT)方法。我们重点关注采用空间迎风有限差分与时间龙格-库塔方法的常见线法离散格式。利用先前研究中的收敛性框架,我们证明对于这些离散格式的一个子类,若采用粗网格上对细网格问题重新离散的标准方法,则无法实现MGRIT相对于CFL数和粗化因子的稳健收敛。这种收敛性差和非稳健性部分源于对光滑傅里叶模式(即特征分量)的粗网格校正不充分。我们提出一种替代粗网格方案,可对此类模式提供更优的校正。该粗网格算子与先前工作相关,采用半拉格朗日离散结合隐式处理的截断误差校正。理论与数值实验表明,该粗网格算子使得MGRIT在所考虑的多种线法离散格式(包括高阶隐式和显式离散)中均能实现快速收敛。并行结果显示出相较于顺序时间推进的显著加速效果。

0
下载
关闭预览

相关内容

【2022新书】高效深度学习,Efficient Deep Learning Book
专知会员服务
128+阅读 · 2022年4月21日
灾难性遗忘问题新视角:迁移-干扰平衡
CreateAMind
17+阅读 · 2019年7月6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
逆强化学习-学习人先验的动机
CreateAMind
16+阅读 · 2019年1月18日
推荐系统经典技术:矩阵分解
机器学习研究会
10+阅读 · 2017年10月10日
【推荐】RNN/LSTM时序预测
机器学习研究会
25+阅读 · 2017年9月8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 · 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 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2013年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2012年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2011年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2009年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2009年12月31日
VIP会员
最新内容
马赛克战:俄乌战场透析
专知会员服务
1+阅读 · 今天4:12
《利用人工智能增强军事决策》
专知会员服务
0+阅读 · 今天4:09
《自动机器学习在军事数据耕耘法中的应用》
专知会员服务
1+阅读 · 今天4:02
为何指挥所生存能力要求范式转变
专知会员服务
0+阅读 · 今天3:54
打造“新蛛网”模式与高科技动员
专知会员服务
0+阅读 · 今天3:33
“蛛网”行动一周年:远程无人机战争
专知会员服务
0+阅读 · 今天3:23
【剑桥博士论文】智能体-环境协同优化
专知会员服务
5+阅读 · 6月9日
为初级军官战术训练设计生成式人工智能平台
专知会员服务
8+阅读 · 6月9日
《美军条令:作战伤员后送保障》
专知会员服务
6+阅读 · 6月9日
相关VIP内容
【2022新书】高效深度学习,Efficient Deep Learning Book
专知会员服务
128+阅读 · 2022年4月21日
相关资讯
灾难性遗忘问题新视角:迁移-干扰平衡
CreateAMind
17+阅读 · 2019年7月6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
逆强化学习-学习人先验的动机
CreateAMind
16+阅读 · 2019年1月18日
推荐系统经典技术:矩阵分解
机器学习研究会
10+阅读 · 2017年10月10日
【推荐】RNN/LSTM时序预测
机器学习研究会
25+阅读 · 2017年9月8日
相关基金
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 · 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 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2013年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2012年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2011年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2009年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2009年12月31日
Top
微信扫码咨询专知VIP会员