10 research outputs found
Krylov integrators for Hamiltonian systems
We consider Arnoldi-like processes to obtain symplectic subspaces for Hamiltonian systems. Large dimensional systems are locally approximated by ones living in low dimensional subspaces, and we especially consider Krylov subspaces and some of their extensions. These subspaces can be utilized in two ways: by solving numerically local small dimensional systems and then mapping back to the large dimension, or by using them for the approximation of necessary functions in exponential integrators applied to large dimensional systems. In the former case one can expect an excellent energy preservation and in the latter this is so for linear systems. We consider second order exponential integrators which solve linear systems exactly and for which these two approaches are in a certain sense equivalent. We also consider the time symmetry preservation properties of the integrators. In numerical experiments these methods combined with symplectic subspaces show promising behavior also when applied to nonlinear Hamiltonian problems.Peer reviewe
Adaptive wavelet methods for a class of stochastic partial differential equations
An abstract interpretation of Rothe’s method for the discretization of evolution equations
is derived. The error propagation is analyzed and condition on the tolerances
are proven, which ensure convergence in the case of inexact operator evaluations. Substantiating
the abstract analysis, the linearly implicit Euler scheme on a uniform time
discretization is applied to a class of semi-linear parabolic stochastic partial differential
equations. Using the existence of asymptotically optimal adaptive solver for the elliptic
subproblems, sufficient conditions for convergence with corresponding convergence
orders also in the case of inexact operator evaluations are shown. Upper complexity
bounds are proven in the deterministic case.
The stochastic Poisson equation with random right hand sides is used as model
equation for the elliptic subproblems. The random right hand sides are introduced
based on wavelet decompositions and a stochastic model that, as is shown, provides
an explicit regularity control of their realizations and induces sparsity of the wavelet
coefficients. For this class of equations, upper error bounds for best N-term wavelet
approximation on different bounded domains are proven. They show that the use
of nonlinear (adaptive) methods over uniform linear methods is justified whenever
sparsity is present, which in particularly holds true on Lipschitz domains of two or
three dimensions.
By providing sparse variants of general Gaussian random functions, the class of
random functions derived from the stochastic model is interesting on its own. The
regularity of the random functions is analyzed in certain smoothness spaces, as well as
linear and nonlinear approximation results are proven, which clarify their applicability
for numerical experiments
Recommended from our members
Nonlinear Evolution Equations: Analysis and Numerics
The workshop was devoted to the analytical and numerical investigation of nonlinear evolution equations. The main aim was to stimulate a closer interaction between experts in analytical and numerical methods for areas such as wave and Schrödinger equations or the Navier–Stokes equations and fluid dynamics
Iterative and parallel methods for linear systems, with applications in circuit simulation
Bij het ontwerp van elektronische schakelingen, ie gebruikt wor en in bijvoorbeeld CD-spelers
en mobiele telefoons, maakt e ontwerper veelvul ig gebruik van circuitsimulatie
Bij circuitsimulatie wor t het ge rag van een schakeling (circuit) oorgereken met een
computer Hier oor wor t het maken van ure prototypes groten eels overbo ig Ook
zou zon er eze simulaties het ontwerpen van complexe ge¨integreer e schakelingen, met
vele uizen en transistoren, con ensatoren, weerstan en en ergelijke, niet mogelijk
zijn Om snel een circuit te kunnen ontwerpen is het voor e ontwerper van belang at e
simulatie niet te veel (computer-)rekentij kost Met snellere (slimmere) rekenmetho en
en ook met snellere computers, kan e rekentij verkort wor en
Dit proefschrift gaat groten eels over metho en ie tot oel hebben e rekentij voor
het simuleren van een circuit korter te maken De nieuwe metho en ie we ontwikkel
hebben zou en echter ook nuttig kunnen zijn bij e simulatie van an ere verschijnselen,
zoals bijvoorbeel vloeistofstromingen en chemische processen
Bij het simuleren van circuits wor t e meeste rekentij gebruikt voor het oplossen
van grote stelsels lineaire algebra¨ische vergelijkingen Een stelsel van 2 vergelijkingen
met 2 onbeken en, x en y, is bijvoorbeel
3x +5y =14
2x 3y =3,
met als oplossing x =3eny = 1 Bij circuitsimulatie kunnen e stelsels zeer veel,
bijvoorbeel meer an 50000, vergelijkingen hebben en evenveel onbeken en Deze
stelsels hebben an wel een ijle structuur Dat wil zeggen at er veel vergelijkingen
zijn ie slechts van een klein aantal onbeken en afhangen Door op een slimme manier
gebruik te maken van eze structuur kan er veel rekentij bespaar wor en Na het
inlei en e eerste hoof stuk beschrijven we in e hoof stukken 2 en 3 een gecombineer e
irecte en iteratieve metho e voor het oplossen van eze stelsels vergelijkingen
Bij een irecte metho e wor en onbeken en weggewerkt oor een geschikt veelvou
van een vergelijking bij een an ere vergelijking op te tellen Op eze manier kan uitein-
elijk e oplossing van het grote stelsel uitgereken wor en Bij een iteratieve metho e
gebeurt ongeveer hetzelf e, maar e hoeveelhei rekenwerk wor t sterk beperkt oor op
geschikte plaatsen in het proces co¨effici¨enten te verwaarlozen Het resultaat is an wel
een bena ering van e oplossing in plaats van e exacte oplossing Men tracht e fout
in e oplossing te verkleinen oor een correctie op e oplossing aan te brengen Deze
correctie wor t gevon en oor een vergelijking voor e fout op te stellen en eze even-eens
bij bena ering op te lossen Dit wor t herhaal tot at een vol oen nauwkeurige
oplossing gevonden is In e praktijk maken circuitsimulatie-programma s vooral gebruik van irecte metho-
en, om at eze sneller bleken te zijn an e tot nu toe bestaan e iteratieve metho en
In hoof stuk 2 laten we zien at een gecombineer e irecte en iteratieve metho e wel
rie keer sneller kan zijn an een irecte metho e Een prettige bijkomstighei van eze
aanpak is at hij ook geschikt is voor parallelle computers Dat zijn computers waarin
twee of meer processoren samenwerken Met eze computers kan het rekenwerk ver er
versnel wor en met een factor ie kan oplopen tot het aantal processoren
Hoofdstuk 4 gaat over het oplossen van lineaire stelsels vergelijkingen die optreden
bij het simuleren van de periodieke stabiele toestan van een circuit Het gaat hierbij om
circuits waarvan alle spannings- en stroombronnen periodiek zijn in de tijd. Dit heeft
tot gevolg dat alle spanningen en stromen in het circuit zich na een bepaalde periode
herhalen Simulatie van deze circuits geeft lineaire stelsels met een cyclische structuur
Bestaande methoden voor it soort stelsels zijn niet zo goed geschikt voor parallelle
computers De methode die we in hoofdstuk 4 voorstellen is dat wel De totale hoeveelheid
rekenwerk is bij deze methode iets groter dan bij de bestaande methoden, maar dankzij het parallellisme kunnen de stelsels vergelijkingen op een parallelle computer
toch beduiden sneller worden opgelost
Hoofdstuk 5 gaat over een iteratieve methode voor lineaire stelsels vergelijkingen
waarbij de co¨effici¨entenmatrix een polynoom is van een andere matrix Dit type lineaire
stelsels komt onder andere voor bij een toepassing in de natuurkunde Er zijn (nog) geen
toepassingen in circuitsimulatie Door de speciale structuur van het stelsel uit te buiten
verkrijgen we een effici¨ente methode De nieuwe methode geeft vaak iets nauwkeuriger
resultaten dan de bestaande methoden voor dit soort stelsel