multigrilles algébriques.

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Transcription:

Méthodes multigrilles géométriques et multigrilles algébriques. Institut Camille Jordan Université Lyon 1

1 Méthodes multigrilles géométriques 2 3

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Itération multigrille A u = F? D = F A v u = v + A 1 D

Itération multigrille A u = F? D = F A v u = v + A 1 D Idée: remplacer A 1 par une matrice plus petite, appliquer récursivement cette méthode.

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Cadre d approximations différences finies Grilles de pas h, 2 h...n h. Opérateur linéaire: u + λ u = f. Stencil (en dimension 2): 1 h 2 ( u i 1,j u i,j 1 + 4u i,j u i+1,j u i,j+1 ) + λu i,j = f i,j. Matrice creuse A.

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On peut faire une analyse en fréquences spatiales de l erreur D = F AU: u + λ u. dans (0,1)x(0,1) Les vecteurs propres V k,l sont (conditions de nullité au bord): x i = ih, y j = jh. V k,l (x i, y j ) = sin kπx i sin lπy j

Ingrédients Méthodes multigrilles géométriques 1 Lisseur, 2 prolongements et restrictions. Grandes valeurs de k (ou de l): hautes fréquences.

Lisseur Méthodes multigrilles géométriques Exemple: Gauss-Seidel. A = L + U. L: partie triangulaire inférieure de A.

Lisseur Méthodes multigrilles géométriques Exemple: Gauss-Seidel. A = L + U. L: partie triangulaire inférieure de A. L itération de Gauss-Seidel: L X n+1 = F U X n.

Lisseur Méthodes multigrilles géométriques Exemple: Gauss-Seidel. A = L + U. L: partie triangulaire inférieure de A. L itération de Gauss-Seidel: L X n+1 = F U X n. Observations: lent! analyse de Fourier de l erreur D = F AX n : décroissance rapide des hautes fréquences, décroissance lente des basses fréquences. lisseur.

Morale et algorithme Après quelques itérations de Gauss-Seidel, l erreur D = F A X n peut être bien approchée sur une grille grossière (2h).

Morale et algorithme Après quelques itérations de Gauss-Seidel, l erreur D = F A X n peut être bien approchée sur une grille grossière (2h). et U = X n + V n avec V n = A 1 D peut être résolu approximativement sur la grille de pas plus grossier.

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P 2h,h : u f ;i,j = 1 4 (u g;i 1,j + u g;i+1,j ) + 1 4 (u g;i,j 1 + u g;i,j+1 ) 0.25 0.25 0.25 0.25

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difficultés.. Méthodes multigrilles géométriques programmation délicate, coûts cachés méthodes pratiquement limitées aux grilles uniformes et structurées. parallélisation difficile.

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