Generalizing reduction‐based algebraic multigrid

数学 对角占优矩阵 多重网格法 应用数学 稳健性(进化) 离散化 条件编号 数学优化 有界函数 算法 数学分析 纯数学 偏微分方程 生物化学 化学 特征向量 可逆矩阵 物理 基因 量子力学
作者
Tareq Uz Zaman,Nicolas Nytko,Ali Taghibakhshi,Scott MacLachlan,Luke N. Olson,Matthew West
出处
期刊:Numerical Linear Algebra With Applications [Wiley]
卷期号:31 (3) 被引量:5
标识
DOI:10.1002/nla.2543
摘要

Abstract Algebraic multigrid (AMG) methods are often robust and effective solvers for solving the large and sparse linear systems that arise from discretized PDEs and other problems, relying on heuristic graph algorithms to achieve their performance. Reduction‐based AMG (AMGr) algorithms attempt to formalize these heuristics by providing two‐level convergence bounds that depend concretely on properties of the partitioning of the given matrix into its fine‐ and coarse‐grid degrees of freedom. MacLachlan and Saad (SISC 2007) proved that the AMGr method yields provably robust two‐level convergence for symmetric and positive‐definite matrices that are diagonally dominant, with a convergence factor bounded as a function of a coarsening parameter. However, when applying AMGr algorithms to matrices that are not diagonally dominant, not only do the convergence factor bounds not hold, but measured performance is notably degraded. Here, we present modifications to the classical AMGr algorithm that improve its performance on matrices that are not diagonally dominant, making use of strength of connection, sparse approximate inverse (SPAI) techniques, and interpolation truncation and rescaling, to improve robustness while maintaining control of the algorithmic costs. We present numerical results demonstrating the robustness of this approach for both classical isotropic diffusion problems and for non‐diagonally dominant systems coming from anisotropic diffusion.
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