Stochastic Parareal: An Application of Probabilistic Methods to Time-Parallelization

数学 颂歌 常微分方程 区间(图论) 趋同(经济学) 概率分布 积分器 概率逻辑 随机微分方程 应用数学 算法 随机过程 初值问题 数学优化 微分方程 计算机科学 数学分析 统计 经济增长 计算机网络 组合数学 经济 带宽(计算)
作者
Kamran Pentland,Massimiliano Tamborrino,Debasmita Samaddar,L. C. Appel
出处
期刊:SIAM Journal on Scientific Computing [Society for Industrial and Applied Mathematics]
卷期号:45 (3): S82-S102 被引量:2
标识
DOI:10.1137/21m1414231
摘要

Parareal is a well-studied algorithm for numerically integrating systems of time-dependent differential equations by parallelising the temporal domain. Given approximate initial values at each temporal sub-interval, the algorithm locates a solution in a fixed number of iterations using a predictor-corrector, stopping once a tolerance is met. This iterative process combines solutions located by inexpensive (coarse resolution) and expensive (fine resolution) numerical integrators. In this paper, we introduce a stochastic parareal algorithm aimed at accelerating the convergence of the deterministic parareal algorithm. Instead of providing the predictor-corrector with a deterministically located set of initial values, the stochastic algorithm samples initial values from dynamically varying probability distributions in each temporal sub-interval. All samples are then propagated in parallel using the expensive integrator. The set of sampled initial values yielding the most continuous (smoothest) trajectory across consecutive sub-intervals are fed into the predictor-corrector, converging in fewer iterations than the deterministic algorithm with a given probability. The performance of the stochastic algorithm, implemented using various probability distributions, is illustrated on low-dimensional systems of ordinary differential equations (ODEs). We provide numerical evidence that when the number of sampled initial values is large enough, stochastic parareal converges almost certainly in fewer iterations than the deterministic algorithm, maintaining solution accuracy. Given its stochastic nature, we also highlight that multiple simulations of stochastic parareal return a distribution of solutions that can represent a measure of uncertainty over the ODE solution.

科研通智能强力驱动
Strongly Powered by AbleSci AI
科研通是完全免费的文献互助平台,具备全网最快的应助速度,最高的求助完成率。 对每一个文献求助,科研通都将尽心尽力,给求助人一个满意的交代。
实时播报
郭星星完成签到,获得积分10
2秒前
小猪完成签到,获得积分10
5秒前
YifanWang应助一个小胖子采纳,获得10
6秒前
秋秋完成签到,获得积分10
7秒前
LINJMX完成签到 ,获得积分10
8秒前
JessicaLi完成签到,获得积分10
9秒前
9秒前
leejh1完成签到,获得积分10
9秒前
10秒前
10秒前
11秒前
11秒前
Echoheart完成签到,获得积分10
11秒前
LRR完成签到 ,获得积分10
12秒前
登登完成签到 ,获得积分10
12秒前
13秒前
XIAOBAI发布了新的文献求助10
17秒前
chenkm05发布了新的文献求助10
19秒前
CrsCrsCrs完成签到,获得积分10
21秒前
Mollymama发布了新的文献求助10
21秒前
无用的老董西完成签到 ,获得积分10
27秒前
华仔应助万事屋采纳,获得10
28秒前
kkscanl完成签到 ,获得积分0
29秒前
thomas发布了新的文献求助10
30秒前
标致的泥猴桃完成签到,获得积分10
31秒前
Mollymama完成签到 ,获得积分10
31秒前
务实的一斩完成签到 ,获得积分10
37秒前
37秒前
39秒前
41秒前
万事屋发布了新的文献求助10
43秒前
clx发布了新的文献求助10
43秒前
Viliam完成签到 ,获得积分10
46秒前
52秒前
科研通AI6.1应助九月采纳,获得10
54秒前
自然棒球完成签到,获得积分10
54秒前
weijie完成签到,获得积分0
55秒前
科研通AI6.4应助clx采纳,获得10
59秒前
SimpleKwee发布了新的文献求助10
59秒前
雨恋凡尘完成签到,获得积分0
1分钟前
高分求助中
(应助此贴封号)【重要!!请各用户(尤其是新用户)详细阅读】【科研通的精品贴汇总】 10000
Development Across Adulthood 800
Chemistry and Physics of Carbon Volume 18 800
The Organometallic Chemistry of the Transition Metals 800
The formation of Australian attitudes towards China, 1918-1941 640
Signals, Systems, and Signal Processing 610
天津市智库成果选编 600
热门求助领域 (近24小时)
化学 材料科学 医学 生物 纳米技术 工程类 有机化学 化学工程 生物化学 计算机科学 物理 内科学 复合材料 催化作用 物理化学 光电子学 电极 细胞生物学 基因 无机化学
热门帖子
关注 科研通微信公众号,转发送积分 6444828
求助须知:如何正确求助?哪些是违规求助? 8258624
关于积分的说明 17591695
捐赠科研通 5504530
什么是DOI,文献DOI怎么找? 2901588
邀请新用户注册赠送积分活动 1878538
关于科研通互助平台的介绍 1718137