We present a fast iterative solver for scattering problems in 2D, where a penetrable object with compact support is considered. By representing the scattered field as a volume potential in terms of the Green's function, we arrive at the Lippmann-Schwinger equation in integral form, which is then discretized using an appropriate quadrature technique. The discretized linear system is then solved using an iterative solver accelerated by Directional Algebraic Fast Multipole Method (DAFMM). The DAFMM presented here relies on the directional admissibility condition of the 2D Helmholtz kernel. And the construction of low-rank factorizations of the appropriate low-rank matrix sub-blocks is based on our new Nested Cross Approximation (NCA)~\cite{ arXiv:2203.14832 [math.NA]}. The advantage of our new NCA is that the search space of so-called far-field pivots is smaller than that of the existing NCAs. Another significant contribution of this work is the use of HODLR based direct solver as a preconditioner to further accelerate the iterative solver. In one of our numerical experiments, the iterative solver does not converge without a preconditioner. We show that the HODLR preconditioner is capable of solving problems that the iterative solver can not. Another noteworthy contribution of this article is that we perform a comparative study of the HODLR based fast direct solver, DAFMM based fast iterative solver, and HODLR preconditioned DAFMM based fast iterative solver for the discretized Lippmann-Schwinger problem. To the best of our knowledge, this work is one of the first to provide a systematic study and comparison of these different solvers for various problem sizes and contrast functions. In the spirit of reproducible computational science, the implementation of the algorithms developed in this article is made available at \url{https://github.com/vaishna77/Lippmann_Schwinger_Solver}.


翻译:我们提出了一种针对二维散射问题的快速迭代求解器,其中考虑了具有紧支撑的可穿透物体。通过将散射场表示为以格林函数为核的体积势,我们得到积分形式的Lippmann-Schwinger方程,随后采用适当的求积技术对其进行离散。离散化后的线性系统通过方向性代数快速多极方法(DAFMM)加速的迭代求解器进行求解。本文提出的DAFMM依赖于二维亥姆霍兹核的方向性可容条件。而对相应低秩矩阵子块的低秩因子分解的构造,则基于我们提出的新型嵌套交叉近似(NCA)~\cite{ arXiv:2203.14832 [math.NA]}。该新型NCA的优势在于,其远场主元的搜索空间小于现有NCA的搜索空间。本文另一重要贡献是采用基于HODLR的直接求解器作为预条件子,以进一步加速迭代求解器。在其中一个数值实验中,迭代求解器在无预条件子时无法收敛。我们证明,HODLR预条件子能够解决迭代求解器无法求解的问题。本文另一值得注意的贡献在于:我们针对离散Lippmann-Schwinger问题,对基于HODLR的快速直接求解器、基于DAFMM的快速迭代求解器以及经HODLR预条件子加速的DAFMM快速迭代求解器进行了对比研究。据我们所知,本文是首次针对不同问题规模和对比度函数系统性地研究并比较这些求解器的工作之一。秉承可重复计算科学的精神,本文所开发算法的实现代码已公开于\url{https://github.com/vaishna77/Lippmann_Schwinger_Solver}。

0
下载
关闭预览

相关内容

【泡泡汇总】CVPR2019 SLAM Paperlist
泡泡机器人SLAM
14+阅读 · 2019年6月12日
【泡泡一分钟】在CPU上进行实时无监督单目深度估计
泡泡机器人SLAM
17+阅读 · 2019年5月10日
TorchSeg:基于pytorch的语义分割算法开源了
极市平台
20+阅读 · 2019年1月28日
【泡泡一分钟】DS-SLAM: 动态环境下的语义视觉SLAM
泡泡机器人SLAM
23+阅读 · 2019年1月18日
【泡泡一分钟】基于运动估计的激光雷达和相机标定方法
泡泡机器人SLAM
25+阅读 · 2019年1月17日
【泡泡一分钟】自然中的表面法向量(ICCV-2017)
泡泡机器人SLAM
10+阅读 · 2018年10月8日
【泡泡一分钟】端到端的弱监督语义对齐
泡泡机器人SLAM
53+阅读 · 2018年4月5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
0+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
1+阅读 · 2013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 · 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
Arxiv
0+阅读 · 2023年5月16日
VIP会员
最新内容
ICML 2026 | 演化选择的因果建模
专知会员服务
3+阅读 · 6月5日
综述|学习式3D表征最新进展与趋势
专知会员服务
3+阅读 · 6月5日
人工智能重塑威慑:算法优势的兴起
专知会员服务
5+阅读 · 6月5日
AgentOps综述:智能体系统运维框架
专知会员服务
15+阅读 · 6月4日
《美陆军最新条令:兵力防护》
专知会员服务
11+阅读 · 6月4日
《人工智能的挑战:算法战的想象与现实》
专知会员服务
12+阅读 · 6月4日
首场人工智能战争:Maven如何重塑武装冲突
专知会员服务
8+阅读 · 6月4日
相关VIP内容
相关资讯
【泡泡汇总】CVPR2019 SLAM Paperlist
泡泡机器人SLAM
14+阅读 · 2019年6月12日
【泡泡一分钟】在CPU上进行实时无监督单目深度估计
泡泡机器人SLAM
17+阅读 · 2019年5月10日
TorchSeg:基于pytorch的语义分割算法开源了
极市平台
20+阅读 · 2019年1月28日
【泡泡一分钟】DS-SLAM: 动态环境下的语义视觉SLAM
泡泡机器人SLAM
23+阅读 · 2019年1月18日
【泡泡一分钟】基于运动估计的激光雷达和相机标定方法
泡泡机器人SLAM
25+阅读 · 2019年1月17日
【泡泡一分钟】自然中的表面法向量(ICCV-2017)
泡泡机器人SLAM
10+阅读 · 2018年10月8日
【泡泡一分钟】端到端的弱监督语义对齐
泡泡机器人SLAM
53+阅读 · 2018年4月5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
1+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
1+阅读 · 2013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 · 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