第八讲预处理技术.PDFVIP

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第八讲预处理技术

第八讲 预处理技术 1 预处理迭代方法 2 预处理技术 Nothing will be more central to computational science in the next centurythantheartoftransformingaproblemthatappearsintractable intoanotherwhosesolutioncanbeapproximatedrapidly. ForKrylov subspacematrixiterations,thisis preconditioning. —TrefethenBau,1997. 为了改善krylov 迭代方法的收敛性与可靠性, 我们通常需要运用预处理 技术(preconditioning). 通俗地说, 预处理就是将原来难以求解的问题转化成一个等价的但比较 容易求解的新问题. 预处理技术的研究是目前科学计算领域中的重要研究课题之一. 2/20 1 预处理迭代方法 对于线性方程组, 预处理就是通过适当的线性转换, 转换为一个新方程组. 考虑线性方程组 非奇异 (9.1) 如果在方程组的两边同时左乘一个非奇异矩阵 的逆, 则可得 (9.2) 这就是预处理后的方程组, 就称为预处理子(preconditioner). 用Krylov 子空间方法求解(9.2) 时, 就称为预处理Krylov 子空间方法. 3/20 预处理子的构造 理论上讲, 任何一个非奇异矩阵都可以作为预处理子. 但一个好的预处理 子 通常需满足下面两个要求: (1) 具有更好的特征值分布及/或更小的条件数; (2) 容易求解. 其中第一个要求是为了确保预处理后的线性方程组更容易求解, 也就是 说, 选取的预处理方法是有效的. Krylov ( 时 第二要求是因为在用 子空间方法求解预处理后的方程组 9.2) , 每步迭代都需要求解一个以 为系数矩阵的线性方程组, 为了不增加太 多额外的运算量, 必须很容易求解. 4/20 预处理方式 左预处理: 右预处理: 两边预处理: , 这三种方式预处理后的系数矩阵分别为 , 和. 由于它们是相似的, 所以有相同的特征值分布. 5/20 预处理方式的选择 若 对称正定, 用CG 求解, 这三种方式的预处理效果基本一致. 但若 非对称(特别是非正规) 情形,

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