We investigate the spectrum of differentiation matrices for certain operators on the sphere that are generated from collocation at a set of scattered points $X$ with positive definite and conditionally positive definite kernels. We focus on the case where these matrices are constructed from collocation using all the points in $X$ and from local subsets of points (or stencils) in $X$. The former case is often referred to as the global, Kansa, or pseudospectral method, while the latter is referred to as the local radial basis function (RBF) finite difference (RBF-FD) method. Both techniques are used extensively for numerically solving certain partial differential equations (PDEs) on spheres (and other domains). For time-dependent PDEs on spheres like the (surface) diffusion equation, the spectrum of the differentiation matrices and their stability under perturbations are central to understanding the temporal stability of the underlying numerical schemes. In the global case, we present a perturbation estimate for differentiation matrices which discretize operators that commute with the Laplace-Beltrami operator. In doing so, we demonstrate that if such an operator has negative (non-positive) spectrum, then the differentiation matrix does, too (i.e., it is Hurwitz stable). For conditionally positive definite kernels this is particularly challenging since the differentiation matrices are not necessarily diagonalizable. This perturbation theory is then used to obtain bounds on the spectra of the local RBF-FD differentiation matrices based on the conditionally positive definite surface spline kernels. Numerical results are presented to confirm the theoretical estimates.


翻译:本文研究球面上由散乱点集$X$上配置法生成的正定和条件正定核微分算子的谱性质。我们重点分析两类情形:基于所有$X$点构建的全局配置矩阵,以及基于局部子集(模板)构建的局部配置矩阵。前者通常称为全局法、Kansa法或伪谱法,后者则称为局部径向基函数有限差分法(RBF-FD)。这两种方法广泛应用于球面(及其他区域)上偏微分方程(PDE)的数值求解。对于球面上依赖时间的偏微分方程(如表面扩散方程),微分矩阵的谱及其扰动稳定性是理解数值格式时间稳定性的核心。在全局情形中,我们给出了与Laplace-Beltrami算子可交换的算子离散化微分矩阵的扰动估计。由此证明:若此类算子谱为负(非正),则微分矩阵谱也具有相同性质(即满足Hurwitz稳定性)。对于条件正定核,由于微分矩阵未必可对角化,该结论的证明尤为困难。进而利用该扰动理论,基于条件正定曲面样条核,获得了局部RBF-FD微分矩阵谱的界。数值实验验证了理论估计的有效性。

0
下载
关闭预览

相关内容

【ACL2020】多模态信息抽取,365页ppt
专知会员服务
151+阅读 · 2020年7月6日
FlowQA: Grasping Flow in History for Conversational Machine Comprehension
专知会员服务
35+阅读 · 2019年10月18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
强化学习最新教程,17页pdf
专知会员服务
182+阅读 · 2019年10月11日
【新书】Python编程基础,669页pdf
专知会员服务
199+阅读 · 2019年10月10日
【SIGGRAPH2019】TensorFlow 2.0深度学习计算机图形学应用
专知会员服务
41+阅读 · 2019年10月9日
RL解决'BipedalWalkerHardcore-v2' (SOTA)
CreateAMind
31+阅读 · 2019年7月17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
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
CVE-2018-7600 - Drupal 7.x 远程代码执行exp
黑客工具箱
14+阅读 · 2018年4月17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
可解释的CNN
CreateAMind
18+阅读 · 2017年10月5日
IJCAI | Cascade Dynamics Modeling with Attention-based RNN
KingsGarden
13+阅读 · 2017年7月16日
国家自然科学基金
2+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
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
3+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
1+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
6+阅读 · 2014年12月31日
Arxiv
0+阅读 · 2024年1月1日
VIP会员
最新内容
美海军陆战队将三型无人机整合入统一战场网络
专知会员服务
2+阅读 · 今天9:39
《无人机蜂群:释放人类-蜂群编队的潜能》
专知会员服务
3+阅读 · 今天9:12
《战略战术化:一项综合性述评》
专知会员服务
2+阅读 · 今天9:08
美陆军-工业界协同推进反无人机系统技术发展
专知会员服务
1+阅读 · 今天8:46
《跨域指挥背景下的领导力发展》最新报告
专知会员服务
1+阅读 · 今天8:40
俄乌无人机战争的六大启示
专知会员服务
10+阅读 · 8月3日
《无人机空中监控:通信实验洞察》
专知会员服务
8+阅读 · 8月3日
从采集到决策:美军视角下的战术情报范式重构
相关VIP内容
【ACL2020】多模态信息抽取,365页ppt
专知会员服务
151+阅读 · 2020年7月6日
FlowQA: Grasping Flow in History for Conversational Machine Comprehension
专知会员服务
35+阅读 · 2019年10月18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
强化学习最新教程,17页pdf
专知会员服务
182+阅读 · 2019年10月11日
【新书】Python编程基础,669页pdf
专知会员服务
199+阅读 · 2019年10月10日
【SIGGRAPH2019】TensorFlow 2.0深度学习计算机图形学应用
专知会员服务
41+阅读 · 2019年10月9日
相关资讯
RL解决'BipedalWalkerHardcore-v2' (SOTA)
CreateAMind
31+阅读 · 2019年7月17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
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
CVE-2018-7600 - Drupal 7.x 远程代码执行exp
黑客工具箱
14+阅读 · 2018年4月17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
可解释的CNN
CreateAMind
18+阅读 · 2017年10月5日
IJCAI | Cascade Dynamics Modeling with Attention-based RNN
KingsGarden
13+阅读 · 2017年7月16日
相关基金
国家自然科学基金
2+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
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
3+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
1+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
6+阅读 · 2014年12月31日
Top
微信扫码咨询专知VIP会员