Fast Solution of Fully Implicit Runge--Kutta and Discontinuous Galerkin in Time for Numerical PDEs, Part I: the Linear Setting
Notice bibliographique
Résumé
Fully implicit Runge--Kutta (IRK) methods have many desirable properties as time integration schemes in terms of accuracy and stability, but high-order IRK methods are not commonly used in practice with numerical PDEs due to the difficulty of solving the stage equations. This paper introduces a theoretical and algorithmic preconditioning framework for solving the systems of equations that arise from IRK methods applied to linear numerical PDEs (without algebraic constraints). This framework also naturally applies to discontinuous Galerkin discretizations in time. Under quite general assumptions on the spatial discretization that yield stable time integration, the preconditioned operator is proven to have condition number bounded by a small, order-one constant, independent of the spatial mesh and time-step size, and with only weak dependence on number of stages/polynomial order; for example, the preconditioned operator for 10th-order Gauss IRK has condition number less than two, independent of the spatial discretization and time step. The new method can be used with arbitrary existing preconditioners for backward Euler-type time-stepping schemes and is amenable to the use of three-term recursion Krylov methods when the underlying spatial discretization is symmetric. The new method is demonstrated to be effective on various high-order finite-difference and finite element discretizations of linear parabolic and hyperbolic problems, demonstrating fast, scalable solution of up to 10th-order accuracy. The new method consistently outperforms existing block preconditioning approaches, and in several cases, the new method can achieve 4th-order accuracy using Gauss integration with roughly half the number of preconditioner applications and wallclock time as required using standard diagonally IRK methods.
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Comment cette classification a été obtenuedéplier
Prédiction machine sur la base complète
Imitation des enseignantsNi prévalence calibrée, ni vérité terrain. Validation humaine à venir. Le volet Gemma est une étiquette directe du modèle pour chaque travail de la base, lue sur la notice réduite au titre. Le volet Codex est un classifieur appris des 10 348 étiquettes directes de Codex et calibré sur les taux pondérés de l'échantillon; les champs sans appui suffisant ne portent aucun appel Codex. Le mode candidate est l'union des deux volets; le consensus est leur intersection. Ces sorties portent le statut machine_predicted_unvalidated et ne sont pas des étiquettes humaines.
Scores du classifieur distillé par catégorie (deux têtes)
| Catégorie | Codex | Gemma |
|---|---|---|
| Métarecherche | 0,001 | 0,002 |
| Méta-épidémiologie (sens strict) | 0,001 | 0,000 |
| Méta-épidémiologie (sens large) | 0,001 | 0,001 |
| Bibliométrie | 0,000 | 0,000 |
| Études des sciences et des technologies | 0,000 | 0,001 |
| Communication savante | 0,001 | 0,001 |
| Science ouverte | 0,001 | 0,001 |
| Intégrité de la recherche | 0,001 | 0,001 |
| Charge utile insuffisante (le modèle a refusé de juger) | 0,002 | 0,001 |
Scores machine (provisoires)
Les deux têtes enseignantes du modèle étudiant, lues sur ce travail. Un score ordonne la base pour la relecture; il n'affirme jamais une catégorie, et le statut de validation accompagne chaque rangée tel quel.
Scores de référence d'un modèle non mature (critères de maturité non atteints, 7 itérations). Un score ordonne; il n'affirme jamais une catégorie.
score_only:v0-immature-baseline · tel quel depuis la passe de notation : score_only signifie que le nombre peut ordonner les travaux, et qu'aucune étiquette de catégorie n'en découleClassification
machine, non validéePrédiction automatique; un appel candidat d’une seule source (Gemma direct ou Codex distillé), pas un consensus.
Le détail, modèle par modèle et score par score, se trouve en fin de page sous « Comment cette classification a été obtenue ».