使用稀疏有限差分矩阵求解微分方程的效率如何(与“正常”方法相比)?

计算科学 有限差分 线性求解器 稀疏矩阵 一体化
2021-12-12 05:05:17

任何微分算子都可以写成作用于值向量的有限差分矩阵。我最近用它来解决ΔA=j通过将拉普拉斯算子写为有限差分三对角(二阶近似)矩阵。然后我使用了 SciPy's spsolve,它解决了以下形式的矩阵方程Ax=b通过不显式反转稀疏矩阵(它爆炸得非常快)。

在我看来,由于您从有限差分方案中获得的直接精度估计,以及可以通过类似 的方法实现的极端并行化spsolve,这将是求解该方程的最佳方法。

是这样吗(或者至少是一种竞争方法)?为什么所有关于数值方法的课程和讲座都集中在所有其他方法上,而我只能很少提及上述方法,尽管它既直观、易于实现,而且至少相对较快。

我只根据特征值计算看到了有限差分矩阵(由于稀疏特征值计算过程的极端优化,我认为它也是非常优化的),并且我自己想到了这种“积分”技术。我可能只是忽略了有关该主题的所有书籍和其他文献,因此这个问题是针对专家的。

1个回答

如果您的问题是为什么“稀疏矩阵”一词从未出现在偏微分方程的有限差分(或有限元或有限体积)求解器的演示中,那是因为这总是隐含的:将矩阵存储在任何不利用稀疏性的方式。这适用于顺序和并行应用程序。

因为这是唯一合理的方法,所以通常不会被提及。