We show, in one dimension, that an $hp$-Finite Element Method ($hp$-FEM) discretisation can be solved in optimal complexity because the discretisation has a special sparsity structure that ensures that the reverse Cholesky factorisation (Cholesky starting from the bottom right instead of the top left) remains sparse. Moreover, computing and inverting the factorisation may parallelise across different elements. By incorporating this approach into an Alternating Direction Implicit (ADI) method \`a la Fortunato and Townsend (2020) we can solve, within a prescribed tolerance, an $hp$-FEM discretisation of the (screened) Poisson equation on a rectangle with quasi-optimal complexity: $O(N^2 \log N)$ operations where $N$ is the maximal total degrees of freedom in each dimension. When combined with fast Legendre transforms we can also solve nonlinear time-evolution partial differential equations in a quasi-optimal complexity of $O(N^2 \log^2 N)$ operations, which we demonstrate on the (viscid) Burgers' equation. We also demonstrate how the solver can be used as an effective preconditioner for PDEs with variable coefficients, including coefficients that support a singularity.


翻译:我们在一维情形下证明,$hp$-有限元方法($hp$-FEM)离散化可在最优复杂度内求解,因为该离散化具有特殊的稀疏结构,确保反向Cholesky分解(从右下角而非左上角开始的Cholesky分解)保持稀疏性。此外,计算和求逆该分解可在不同单元间并行执行。通过将这一方法融入Fortunato与Townsend(2020)提出的交替方向隐式(ADI)算法框架,我们能够在预设容差内以拟最优复杂度求解矩形域上(屏蔽)泊松方程的$hp$-FEM离散化:计算复杂度为 $O(N^2 \log N)$,其中 $N$ 为各维度最大总自由度。结合快速勒让德变换,我们还能以 $O(N^2 \log^2 N)$ 的拟最优复杂度求解非线性时间演化偏微分方程,并以(粘性)Burgers方程为例进行验证。我们同时展示了该求解器如何作为含变系数(包括存在奇异性的系数)偏微分方程的有效预处理器。

0
下载
关闭预览

相关内容

UnHiPPO:面向不确定性的状态空间模型初始化方法
专知会员服务
11+阅读 · 2025年6月6日
【ICML2024】变分薛定谔扩散模型
专知会员服务
20+阅读 · 2024年5月11日
【NeurIPS2022】黎曼扩散模型
专知会员服务
43+阅读 · 2022年9月15日
【ICML2022】闭式同构变换的时间序列对齐
专知会员服务
12+阅读 · 2022年6月20日
NeurIPS 2021 | 寻找用于变分布泛化的隐式因果因子
专知会员服务
17+阅读 · 2021年12月7日
专知会员服务
15+阅读 · 2021年8月29日
专知会员服务
25+阅读 · 2021年7月31日
专知会员服务
34+阅读 · 2021年6月24日
专知会员服务
50+阅读 · 2021年6月2日
【CVPR2021】跨模态检索的概率嵌入
专知
17+阅读 · 2021年3月2日
图节点嵌入(Node Embeddings)概述,9页pdf
专知
15+阅读 · 2020年8月22日
NAACL 2019 | 一种考虑缓和KL消失的简单VAE训练方法
PaperWeekly
20+阅读 · 2019年4月24日
数据分析师应该知道的16种回归方法:负二项回归
数萃大数据
74+阅读 · 2018年9月16日
详解常见的损失函数
七月在线实验室
20+阅读 · 2018年7月12日
条件概率和贝叶斯公式 - 图解概率 03
遇见数学
10+阅读 · 2018年6月5日
傅里叶变换和拉普拉斯变换的物理解释及区别
算法与数学之美
11+阅读 · 2018年2月5日
CNN 反向传播算法推导
统计学习与视觉计算组
30+阅读 · 2017年12月29日
PCA的基本数学原理
算法与数学之美
11+阅读 · 2017年8月8日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2017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 · 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 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
4+阅读 · 2014年12月31日
Arxiv
18+阅读 · 2024年12月27日
A Survey of Large Language Models
Arxiv
499+阅读 · 2023年3月31日
Arxiv
18+阅读 · 2021年3月16日
Augmentation for small object detection
Arxiv
13+阅读 · 2019年2月19日
VIP会员
相关VIP内容
UnHiPPO:面向不确定性的状态空间模型初始化方法
专知会员服务
11+阅读 · 2025年6月6日
【ICML2024】变分薛定谔扩散模型
专知会员服务
20+阅读 · 2024年5月11日
【NeurIPS2022】黎曼扩散模型
专知会员服务
43+阅读 · 2022年9月15日
【ICML2022】闭式同构变换的时间序列对齐
专知会员服务
12+阅读 · 2022年6月20日
NeurIPS 2021 | 寻找用于变分布泛化的隐式因果因子
专知会员服务
17+阅读 · 2021年12月7日
专知会员服务
15+阅读 · 2021年8月29日
专知会员服务
25+阅读 · 2021年7月31日
专知会员服务
34+阅读 · 2021年6月24日
专知会员服务
50+阅读 · 2021年6月2日
相关资讯
【CVPR2021】跨模态检索的概率嵌入
专知
17+阅读 · 2021年3月2日
图节点嵌入(Node Embeddings)概述,9页pdf
专知
15+阅读 · 2020年8月22日
NAACL 2019 | 一种考虑缓和KL消失的简单VAE训练方法
PaperWeekly
20+阅读 · 2019年4月24日
数据分析师应该知道的16种回归方法:负二项回归
数萃大数据
74+阅读 · 2018年9月16日
详解常见的损失函数
七月在线实验室
20+阅读 · 2018年7月12日
条件概率和贝叶斯公式 - 图解概率 03
遇见数学
10+阅读 · 2018年6月5日
傅里叶变换和拉普拉斯变换的物理解释及区别
算法与数学之美
11+阅读 · 2018年2月5日
CNN 反向传播算法推导
统计学习与视觉计算组
30+阅读 · 2017年12月29日
PCA的基本数学原理
算法与数学之美
11+阅读 · 2017年8月8日
相关论文
相关基金
国家自然科学基金
0+阅读 · 2017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 · 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 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
4+阅读 · 2014年12月31日
Top
微信扫码咨询专知VIP会员