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MiniBranRAP:极小化分支判断数的AMG粗网格矩阵计算并行算法
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作者 杜皓 毛润彰 +2 位作者 邓蕴桐 黄思路 徐小文 《计算机工程与科学》 CSCD 北大核心 2024年第7期1158-1166,共9页
代数多重网格(AMG)是科学工程计算与工业仿真领域求解大规模稀疏线性代数方程组最常用的算法之一。在启动(Setup)阶段的每个网格层,AMG需要基于限制算子R、当前细网格层矩阵A和插值算子P的稀疏矩阵乘积来计算粗网格矩阵A c=RAP,该过程是... 代数多重网格(AMG)是科学工程计算与工业仿真领域求解大规模稀疏线性代数方程组最常用的算法之一。在启动(Setup)阶段的每个网格层,AMG需要基于限制算子R、当前细网格层矩阵A和插值算子P的稀疏矩阵乘积来计算粗网格矩阵A c=RAP,该过程是AMG并行性能的主要瓶颈。首先发现了主流AMG解法器中RAP并行算法由于分支判断的平方复杂度导致的性能瓶颈,并结合稀疏矩阵CSR的行主序特点,提出了具有线性复杂度分支判断数的RAP并行算法MiniBranRAP。该算法集成到JXPAMG解法器中,并通过实际应用算例验证了算法的有效性。测试结果表明,对于6个来自实际应用的典型算例,相对于Hypre最新版本的BoomerAMG解法器,基于MiniBranRAP的JXPAMG解法器在28个进程上将Setup阶段的计算效率平均加速3.3倍、最高加速9.3倍。 展开更多
关键词 代数多重网格(amg) 粗网格矩阵计算 分支判断 Hypre JXPamg
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Biorthogonal Wavelet Based Algebraic Multigrid Preconditioners for Large Sparse Linear Systems 被引量:1
2
作者 A. Padmanabha Reddy Nagendrappa M. Bujurke 《Applied Mathematics》 2011年第11期1378-1381,共4页
In this article algebraic multigrid as preconditioners are designed, with biorthogonal wavelets, as intergrid operators for the Krylov subspace iterative methods. Construction of hierarchy of matrices in algebraic mul... In this article algebraic multigrid as preconditioners are designed, with biorthogonal wavelets, as intergrid operators for the Krylov subspace iterative methods. Construction of hierarchy of matrices in algebraic multigrid context is based on lowpass filter version of Wavelet Transform. The robustness and efficiency of this new approach is tested by applying it to large sparse, unsymmetric and ill-conditioned matrices from Tim Davis collection of sparse matrices. Proposed preconditioners have potential in reducing cputime, operator complexity and storage space of algebraic multigrid V-cycle and meet the desired accuracy of solution compared with that of orthogonal wavelets. 展开更多
关键词 algebraic multigrid PRECONDITIONER Wavelet Transform Sparse Matrix Krylov SUBSPACE ITERATIVE Methods
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基于聚合型代数多重网格法的三维直流电法自适应有限元正演
3
作者 潘克家 王鹏德 +3 位作者 胡双贵 王晋轩 邱乐稳 汤井田 《同济大学学报(自然科学版)》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第11期1794-1802,1812,共10页
在各向异性、起伏地形、真实地质模型电法模拟中,经自适应有限元离散后形成的大型稀疏线性系统存在内存消耗高、求解效率低等缺陷。为此,提出了聚合型代数多重网格(AGMG)法与自适应有限元法的联合算法,在提高正演精度的同时提升计算效率... 在各向异性、起伏地形、真实地质模型电法模拟中,经自适应有限元离散后形成的大型稀疏线性系统存在内存消耗高、求解效率低等缺陷。为此,提出了聚合型代数多重网格(AGMG)法与自适应有限元法的联合算法,在提高正演精度的同时提升计算效率,实现复杂模型三维直流电法大规模正演模拟。对于三维直流电法满足的二阶椭圆边值问题,采用非结构化四面体网格的有限元法离散,并通过自适应策略进行局部加密,再利用AGMG法求解离散形成的大规模稀疏线性方程组。最后,通过复杂地电模型和实际地质模型验证了联合算法的有效性。在千万级自由度的求解中,联合算法比传统迭代法快了20多倍,比代数多重网格法快了近10倍,随着模型复杂度的提高,联合算法的效率优势更加明显。 展开更多
关键词 代数多重网格法 自适应有限元 各向异性 直流电阻率 起伏地形
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标准Criss-Cross剖分下线性有限元方程的快速AMG算法
4
作者 阳莺 舒适 喻海元 《湘潭大学自然科学学报》 CAS CSCD 2001年第4期9-13,共5页
首先对标准Criss -Cross剖分下的线性有限元空间进行能量正交分解 ,通过对正交子空间的双尺度分析 ,获得了一种合适的限制算子 ,进而构造相应的AMG算法 .数值实验结果表明 ,该方法对求解椭圆方程是非常有效和健壮的 ,且与通常的代数多... 首先对标准Criss -Cross剖分下的线性有限元空间进行能量正交分解 ,通过对正交子空间的双尺度分析 ,获得了一种合适的限制算子 ,进而构造相应的AMG算法 .数值实验结果表明 ,该方法对求解椭圆方程是非常有效和健壮的 ,且与通常的代数多重网格法相比较 。 展开更多
关键词 Criss-Cross剖分 代数多重网格法 快速算法
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基于余维裂缝多孔介质渗流的差分多重网格法
5
作者 向远强 范小林 邹志涵 《贵州师范大学学报(自然科学版)》 CAS 北大核心 2024年第2期91-99,共9页
研究了余维(又称为降维)裂缝多孔介质中不可压单相流体渗流问题的一种有效数值求解方法。结合多重网格法和块中心有限差分法的优点,给出了一种块中心有限差分多重网格法求解裂缝多孔介质渗流问题,通过该方法提高了计算效率。经过数值实... 研究了余维(又称为降维)裂缝多孔介质中不可压单相流体渗流问题的一种有效数值求解方法。结合多重网格法和块中心有限差分法的优点,给出了一种块中心有限差分多重网格法求解裂缝多孔介质渗流问题,通过该方法提高了计算效率。经过数值实验,验证了该方法的有效性。 展开更多
关键词 余维裂缝 多孔介质 多重网格 块中心有限差分
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弱不连续问题高阶有限元离散系统的GAMG法
6
作者 肖映雄 王彪 李真有 《计算力学学报》 CAS CSCD 北大核心 2017年第1期35-42,共8页
弱不连续问题(如含夹杂问题)是固体力学计算中的一类重要问题。高阶有限元方法由于其具有更好的逼近效果,是确保数值解在界面保持较高精度的计算方法之一。但与线性元相比,高阶单元需要更多的计算机存储单元,具有更高的计算复杂性。本... 弱不连续问题(如含夹杂问题)是固体力学计算中的一类重要问题。高阶有限元方法由于其具有更好的逼近效果,是确保数值解在界面保持较高精度的计算方法之一。但与线性元相比,高阶单元需要更多的计算机存储单元,具有更高的计算复杂性。本文利用两水平算法的思想,将高阶有限元离散系统化归于线性元离散系统的求解,为弱不连续问题高阶有限元离散系统设计了一种新的基于几何与分析信息的代数多重网格(GAMG)法,并应用于圆形求解域含单夹杂问题的高阶有限元离散系统的求解。数值试验结果表明,相比于常用GAMG法,新方法的迭代次数基本不依赖于问题规模、单元阶次以及杨氏模量的间断性,CPU计算时间得到明显改善,具有更好的计算效率和鲁棒性,可大大提高弱不连续问题有限元分析的整体效率。 展开更多
关键词 弱不连续问题 高阶单元 条件数 两水平方法 代数多重网格法
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An Algebraic Multigrid-Based Physical Factorization Preconditioner for the Multi-Group Radiation Diffusion Equations in Three Dimensions
7
作者 Xiaoqiang Yue Zekai Zhang +2 位作者 Xiaowen Xu Shuying Zhai Shi Shu 《Numerical Mathematics(Theory,Methods and Applications)》 SCIE CSCD 2023年第2期410-432,共23页
The paper investigates the robustness and parallel scaling properties of a novel physical factorization preconditioner with algebraic multigrid subsolves in the iterative solution of a cell-centered finite volume disc... The paper investigates the robustness and parallel scaling properties of a novel physical factorization preconditioner with algebraic multigrid subsolves in the iterative solution of a cell-centered finite volume discretization of the threedimensional multi-group radiation diffusion equations.The key idea is to take advantage of a particular kind of block factorization of the resulting system matrix and approximate the left-hand block matrix selectively spurred by parallel processing considerations.The spectral property of the preconditioned matrix is then analyzed.The practical strategy is considered sequentially and in parallel.Finally,numerical results illustrate the numerical robustness,computational efficiency and parallel strong and weak scalabilities over the real-world structured and unstructured coupled problems,showing its competitiveness with many existing block preconditioners. 展开更多
关键词 Radiation diffusion equations physical factorization preconditioning algebraic multigrid parallel and distributed computing
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基于SA-AMG的弹塑性有限元计算的并行实现 被引量:1
8
作者 张倩 张健飞 《计算机应用与软件》 北大核心 2019年第3期62-67,共6页
利用增量-牛顿法和光滑聚集代数多重网格(SA-AMG)预条件共轭梯度法(PCG),实现一种弹塑性问题的有限元并行求解方法。在求解过程中,分步施加荷载并循环;在每个循环中,使用牛顿法迭代;在每次迭代中,使用SA-AMG预条件共轭梯度法并行求解线... 利用增量-牛顿法和光滑聚集代数多重网格(SA-AMG)预条件共轭梯度法(PCG),实现一种弹塑性问题的有限元并行求解方法。在求解过程中,分步施加荷载并循环;在每个循环中,使用牛顿法迭代;在每次迭代中,使用SA-AMG预条件共轭梯度法并行求解线性化后的方程组。基于Trilinos开发相应的并行程序,并在天河二号超级计算机上进行数值实验,验证算法和程序的正确性。分析光滑聚集代数多重网格法的主要参数对计算性能的影响,测试程序的并行性和可扩展性。 展开更多
关键词 弹塑性有限元法 光滑聚集代数多重网格法 并行性 可扩展性
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三维薄结构热传导问题Wilson元离散系统的DAMG法
9
作者 张申 肖映雄 郭瑞奇 《广西大学学报(自然科学版)》 CAS 北大核心 2017年第4期1291-1298,共8页
对三维薄结构问题,在进行网格剖分时,为了减少单元数目,常采用六面体薄单元,相应的高阶单元在计算精度、抗畸变程度等方面具有明显优势,但也大大增加了计算复杂性。Wilson元通过在单元内部设置附加自由度的方式来提高完全多项式的次数,... 对三维薄结构问题,在进行网格剖分时,为了减少单元数目,常采用六面体薄单元,相应的高阶单元在计算精度、抗畸变程度等方面具有明显优势,但也大大增加了计算复杂性。Wilson元通过在单元内部设置附加自由度的方式来提高完全多项式的次数,具有计算精度高且自由度又少的优点,因而在实际计算中被广泛使用。但要提高这种非协调元分析效率还需为相应离散系统设计好的求解方法。本文针对一般变系数三维薄结构热传导问题,建立了Wilson元计算格式,并将DAMG法应用于与8节点三线性元谱等价的Wilson元离散系统的求解。数值实验结果表明,与常用方法相比,基于"距离矩阵"的代数多重网格(DAMG)法具有更好的计算效率和鲁棒性(robustness)。 展开更多
关键词 热传导问题 薄结构 WILSON元 距离矩阵 代数多重网格法
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多群辐射扩散问题特征驱动的并行AMG法 被引量:1
10
作者 舒适 岳孝强 +2 位作者 何剑萌 徐小文 莫则尧 《计算物理》 CSCD 北大核心 2024年第1期87-97,共11页
对求解多群辐射扩散(MGRD)方程组的大规模离散系统的已有快速算法进行分类,给出相应的综述。基于近年来所设计的关于并行代数多重网格(AMG)方面的工作,形成基于物理量的近似Schur补型与基于物理和代数特征的组合型预条件算法和理论框架... 对求解多群辐射扩散(MGRD)方程组的大规模离散系统的已有快速算法进行分类,给出相应的综述。基于近年来所设计的关于并行代数多重网格(AMG)方面的工作,形成基于物理量的近似Schur补型与基于物理和代数特征的组合型预条件算法和理论框架,并对这些工作在该框架下的要素进行了刻画。利用上述框架,设计一种具有基本逼近性和低计算复杂度的近似Schur补型预条件子,并建立相应的谱等价理论;对比数值实验表明:新预条件子具有更好的稳健性和计算效率。最后提出需要进一步解决的若干问题。 展开更多
关键词 多群辐射扩散方程组 特征驱动 并行代数多重网格法 预条件子 近似Schur补
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CONVERGENCE OF ALGEBRAIC MULTIGRID METHODS FOR SYMMETRIC AND POSITIVE DEFINITE MATRICES WITH WEAK DIAGONAL DOMINANCE 被引量:1
11
作者 黄维章 《Chinese Science Bulletin》 SCIE EI CAS 1991年第15期1241-1242,共2页
Consider an AMG for the linear system Au=f. Up to now, only the uniform convergence of two-level AMG is proved for symmetric and positive definite L-matrices with weak diagonal dominance. Using the new form (1), we ex... Consider an AMG for the linear system Au=f. Up to now, only the uniform convergence of two-level AMG is proved for symmetric and positive definite L-matrices with weak diagonal dominance. Using the new form (1), we extend the results in [1] to the case that A is a general symmetric and positive definite matrix with weak diagonal dominance. In the following, we shall use the same notations as in [1]. 展开更多
关键词 algebraic multigrid (amg) method WEAK DIAGONAL DOMINANCE CONVERGENCE AMS 1980 subject classification: 65F10 65N20.
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PRECONDITIONING HIGHER ORDER FINITE ELEMENT SYSTEMS BY ALGEBRAIC MULTIGRID METHOD OF LINEAR ELEMENTS 被引量:2
12
作者 Yun-qing Huang Shi Shu Xi-jun Yu 《Journal of Computational Mathematics》 SCIE EI CSCD 2006年第5期657-664,共8页
We present and analyze a robust preconditioned conjugate gradient method for the higher order Lagrangian finite element systems of a class of elliptic problems. An auxiliary linear element stiffness matrix is chosen t... We present and analyze a robust preconditioned conjugate gradient method for the higher order Lagrangian finite element systems of a class of elliptic problems. An auxiliary linear element stiffness matrix is chosen to be the preconditioner for higher order finite elements. Then an algebraic multigrid method of linear finite element is applied for solving the preconditioner. The optimal condition number which is independent of the mesh size is obtained. Numerical experiments confirm the efficiency of the algorithm. 展开更多
关键词 Finite element algebraic multigrid methods Preconditioned Conjugate Gradient Condition number.
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An Algebraic Multigrid Method for Nearly Incompressible Elasticity Problems in Two-Dimensions 被引量:1
13
作者 Yingxiong Xiao Shi Shu +1 位作者 Hongmei Zhang Yuan Ouyang 《Advances in Applied Mathematics and Mechanics》 SCIE 2009年第1期69-88,共20页
In this paper,we discuss an algebraic multigrid(AMG)method for nearly incompressible elasticity problems in two-dimensions.First,a two-level method is proposed by analyzing the relationship between the linear finite e... In this paper,we discuss an algebraic multigrid(AMG)method for nearly incompressible elasticity problems in two-dimensions.First,a two-level method is proposed by analyzing the relationship between the linear finite element space and the quartic finite element space.By choosing different smoothers,we obtain two types of two-level methods,namely TL-GS and TL-BGS.The theoretical analysis and numerical results show that the convergence rates of TL-GS and TL-BGS are independent of the mesh size and the Young’s modulus,and the convergence of the latter is greatly improved on the order p.However the convergence of both methods still depends on the Poisson’s ratio.To fix this,we obtain a coarse level matrix with less rigidity based on selective reduced integration(SRI)method and get some types of two-level methods by combining different smoothers.With the existing AMG method used as a solver on the first coarse level,an AMG method can be finally obtained.Numerical results show that the resulting AMG method has better efficiency for nearly incompressible elasticity problems. 展开更多
关键词 Locking phenomenon algebraic multigrid higher-order finite element two-level method reduced integration
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Bootstrap Algebraic Multigrid: Status Report, Open Problems, and Outlook
14
作者 Achi Brandt James Brannick +1 位作者 Karsten Kahl Ira Livshits 《Numerical Mathematics(Theory,Methods and Applications)》 SCIE CSCD 2015年第1期112-135,共24页
This paper provides an overview of the main ideas driving the bootstrap algebraic multigrid methodology,including compatible relaxation and algebraic dis-tances for defining effective coarsening strategies,the least s... This paper provides an overview of the main ideas driving the bootstrap algebraic multigrid methodology,including compatible relaxation and algebraic dis-tances for defining effective coarsening strategies,the least squares method for com-puting accurate prolongation operators and the bootstrap cycles for computing the test vectors that are used in the least squares process.We review some recent re-search in the development,analysis and application of bootstrap algebraic multigrid and point to open problems in these areas.Results from our previous research as well as some new results for some model diffusion problems with highly oscillatory diffusion coefficient are presented to illustrate the basic components of the BAMG algorithm. 展开更多
关键词 Bootstrap algebraic multigrid compatible relaxation algebraic distance least squares interpolation
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A Projected Algebraic Multigrid Method for Linear Complementarity Problems
15
作者 Jari Toivanen Cornelis W.Oosterlee 《Numerical Mathematics(Theory,Methods and Applications)》 SCIE 2012年第1期85-98,共14页
We present an algebraic version of an iterative multigrid method for obstacle problems,called projected algebraic multigrid(PAMG)here.We show that classical algebraic multigrid algorithms can easily be extended to dea... We present an algebraic version of an iterative multigrid method for obstacle problems,called projected algebraic multigrid(PAMG)here.We show that classical algebraic multigrid algorithms can easily be extended to deal with this kind of problem.This paves the way for efficient multigrid solution of obstacle problems with partial differential equations arising,for example,in financial engineering. 展开更多
关键词 Linear complementarity problem algebraic multigrid American options elasto-plastic torsion problem
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Immersed Finite Element Method for Interface Problems with Algebraic Multigrid Solver
16
作者 Wenqiang Feng Xiaoming He +1 位作者 Yanping Lin Xu Zhang 《Communications in Computational Physics》 SCIE 2014年第4期1045-1067,共23页
This article is to discuss the bilinear and linear immersed finite element(IFE)solutions generated from the algebraic multigrid solver for both stationary and moving interface problems.For the numerical methods based ... This article is to discuss the bilinear and linear immersed finite element(IFE)solutions generated from the algebraic multigrid solver for both stationary and moving interface problems.For the numerical methods based on finite difference formulation and a structured mesh independent of the interface,the stiffness matrix of the linear system is usually not symmetric positive-definite,which demands extra efforts to design efficient multigrid methods.On the other hand,the stiffness matrix arising from the IFE methods are naturally symmetric positive-definite.Hence the IFE-AMG algorithm is proposed to solve the linear systems of the bilinear and linear IFE methods for both stationary and moving interface problems.The numerical examples demonstrate the features of the proposed algorithms,including the optimal convergence in both L 2 and semi-H1 norms of the IFE-AMG solutions,the high efficiency with proper choice of the components and parameters of AMG,the influence of the tolerance and the smoother type of AMG on the convergence of the IFE solutions for the interface problems,and the relationship between the cost and the moving interface location. 展开更多
关键词 Interface problems immersed finite elements algebraic multigrid method
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Parallel Algebraic Multigrid Methods in Gyrokinetic Turbulence Simulations
17
作者 M.F.Adams Y.Nishimura 《Communications in Computational Physics》 SCIE 2007年第5期881-899,共19页
Parallel algebraic multigrid methods in gyrokinetic turbulence simulations are presented.Discretized equations of the elliptic operator−■^(2)u+αu=f(with bothα=0 and α≠0)are ubiquitous in magnetically confined fus... Parallel algebraic multigrid methods in gyrokinetic turbulence simulations are presented.Discretized equations of the elliptic operator−■^(2)u+αu=f(with bothα=0 and α≠0)are ubiquitous in magnetically confined fusion plasma applications.Whenαis equal to zero a“pure”Laplacian or Poisson equation results and whenαis greater than zero a so called Helmholtz equation is produced.Taking a gyrokinetic turbulence simulation model as a testbed,we investigate the performance characteristics of basic classes of linear solvers(direct,one-level iterative,and multilevel iterative methods)on 2D unstructured finite element method(FEM)problems for both the Poisson and the Helmholtz equations. 展开更多
关键词 algebraic multigrid gyrokinetic Poisson equation particle in cell simulation.
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求解二维三温辐射扩散方程组的一种代数两层迭代方法 被引量:13
18
作者 徐小文 莫则尧 安恒斌 《计算物理》 EI CSCD 北大核心 2009年第1期1-8,共8页
在二维三温辐射扩散方程离散代数方程组的求解中,由于光子、电子和离子温度之间存在耦合关系,而且三个温度在同种介质中有不同的扩散性质,使得经典的代数多重网格(AMG)方法难以直接应用.基于特殊粗化策略,在粗网格层解除了这种耦合关系... 在二维三温辐射扩散方程离散代数方程组的求解中,由于光子、电子和离子温度之间存在耦合关系,而且三个温度在同种介质中有不同的扩散性质,使得经典的代数多重网格(AMG)方法难以直接应用.基于特殊粗化策略,在粗网格层解除了这种耦合关系,得到一种代数两层网格方法,而粗网格方程由经典AMG方法求解.将这一算法具体应用于JFNK(Jacobian自由的Newton-Krylov)框架中预处理方程的求解,并基于该框架求解二维三温辐射扩散方程组.数值结果显示了算法的可扩展性和健壮性. 展开更多
关键词 二维三温方程 辐射扩散 代数多重网格(amg) 预条件子 Newton-Krylov(NK)
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使用代数多重网格进行多聚焦图像融合 被引量:5
19
作者 黄颖 解梅 +1 位作者 李伟生 高靖淞 《电子科技大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2015年第2期272-277,共6页
针对将代数多重网格对图像结构信息的提取能力应用到图像的融合方面进行了研究,提出了一种基于代数多重网格的自适应多聚焦图像融合算法。首先提取图像的粗网格数据,然后进行分块重建,根据分块重建结果与原始图像的均方差选择合适的源... 针对将代数多重网格对图像结构信息的提取能力应用到图像的融合方面进行了研究,提出了一种基于代数多重网格的自适应多聚焦图像融合算法。首先提取图像的粗网格数据,然后进行分块重建,根据分块重建结果与原始图像的均方差选择合适的源图像分块进入融合图像。为了避免分块之间的不连续性,采用了自适应的策略。实验结果表明,自适应图像融合的结果没有丢失有效信息,能够最大程度地将清晰物体保留在融合图像之中。 展开更多
关键词 自适应算法 代数多重网格 图像融合 图像重构 多聚焦图像
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二维三温辐射扩散方程组两层预条件子的自适应求解 被引量:11
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作者 周志阳 徐小文 +2 位作者 舒适 冯春生 莫则尧 《计算物理》 EI CSCD 北大核心 2012年第4期475-483,共9页
针对实际应用中若干典型三温线性系统,分析求解二维三温辐射扩散方程离散线性系统的代数两层预条件子(PCTL)的算法效率.结果表明,PCTL的算法效率与三个温度之间的耦合强度以及单温子系统对角占优性强弱程度有很大关系.为此,通过刻画三... 针对实际应用中若干典型三温线性系统,分析求解二维三温辐射扩散方程离散线性系统的代数两层预条件子(PCTL)的算法效率.结果表明,PCTL的算法效率与三个温度之间的耦合强度以及单温子系统对角占优性强弱程度有很大关系.为此,通过刻画三温线性系统的耦合强度和单温子系统对角占优性特征,提出一种PCTL中子系统的自适应求解算法.数值结果表明,可以显著改善PCTL的算法效率.对于实际数值模拟应用中37个典型三温线性系统,相对于经典AMG算法,算法整体加速2.5倍.数值实验表明算法具有很强的鲁棒性. 展开更多
关键词 二维三温方程 辐射扩散 代数多重网格(amg) 预条件子 自适应
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