Довідковий запит: Ретельний аналіз алгоритмів для PDE та ODE


9

Мене цікавлять пропозиції щодо книжкових посилань на тему чисельних PDE та ODE, зокрема, суворий аналіз таких методів у спосіб, написаний для професійних математиків. Це не повинно бути надзвичайно вичерпним у сенсі перерахування сотень чи тисяч різних методів, але мені було б цікаво щось, що принаймні охоплює більшість ключових понять, які керують сучасними методиками.

Я думаю, було б правильним провести аналогії до підручників з числової лінійної алгебри, про які я більш знайомий. Я шукаю щось, що стосується стійкості та помилок укорочення чисельних диференціальних рівнянь, як точність Хіггема та стабільність чисельних алгоритмів - це стабільність та обхідні помилки чисельної лінійної алгебри, а також те, що обговорює сучасні методи в ODE та PDE так, як Голуб та Матричні обчислення Ван Кредита обговорює більшість основних видів методик лінійної алгебри.

Я насправді знаю дуже мало про числові ODE та PDE. Я читав деякі асортименти онлайн-нотаток, і у мене є книга Методи кінцевих відмінностей для звичайних і часткових диференціальних рівнянь Рендала Левека, яка є чіткою книгою, але недостатньо глибокою для моїх цілей. Як конкретніший приклад рівня, який я шукаю, я би сподівався, що будь-який розділ про еліптичні та параболічні рівняння передбачає, що читач має повне ознайомлення з теорією просторів Соболева та їх вбудовування, і слабкі рішення для PDE, і використовує результати з цієї теорії досить вільно отримувати оцінки помилок для кінцевих елементів тощо.


4
Попередження: для нелінійних систем гіперболічних ФДЕ жоден із найсучасніших методів фактичного використання не є виразно конвергентним (як правило, у нас навіть немає інструментів, щоб довести впорядкованість проблем). Тож вам доведеться вибирати між доведенням речей для іграшкових проблем / методів чи вивченням практично важливих проблем / методів.
Девід Кетчесон

@DavidKetcheson, так, це трохи прикро. Мої загальні інтереси полягають у спробі розробити теорію обчислювальних методів, якою б кіхотичною вона не була.
Крістофер А. Вонг

Відповіді:


9

Ви не знайдете жодної посилання, що систематично охоплює аналіз усіх важливих методів для PDE. Поле методів дискретизації для PDE принаймні на порядок більше, ніж будь-яка тема, про яку ви згадали вище. Для будь-яких методів, що передбачають неявні рішення, вивчення дискретизацій, не враховуючи також методів рішення (наприклад, пов'язані багаторешітні методи) - це випробуваний і справжній спосіб зафарбувати себе у "безнадійно непрактичний" куточок.

Імовірно, ви знайомі з Бреннером і Скоттом, Математичною теорією методів кінцевих елементів . Це текст випускника рівня, і хоча він має свою частку вступної матерії, ви можете швидко дійти до важливих результатів.

Для постеріорі- аналізу помилок у FEM хорошим джерелом є оглядова робота, Ейнсворт та Оден. Оцінка апостеріорної помилки в аналізі кінцевих елементів , 1997 .

Для методів обмеженого обсягу вам може сподобатися папір Мортон і Сонар з Acta Numerica , методи кінцевих обсягів для законів збереження гіперболічних систем , 2007 . Що стосується робіт Acta Numerica, це не дуже високо цитується. Я підозрюю, що це частково тому, що книга Левека дуже хороша і тому, що більшість практикуючих, які не використовували його книгу, знайомі з багатьма першоджерелами. Хоча я не знайомий з цим, ви можете також подивитися на Bouchut, нелінійну стійкість методів кінцевих обсягів для гіперболічних законів збереження .


6

Я другий пункт Джеда про важливість розгляду вирішувачів одночасно з дискреційними рішеннями. Це щось "чистіше", математики часом не в змозі зробити це, на шкоду їм, оскільки вони вирішують неправильну проблему . Такі речі, як структура блоку, нерівномірність структури та можливість побудови попередніх кондиціонерів, як правило, набагато важливіші, ніж прості речі, такі як кількість ступенів свободи / розмір сітки.

Brezzi & Fortin - "Змішані та гібридні методи кінцевих елементів" охоплює матеріал, що доповнює Бреннера та Скотта. Хоча це не друкується, і люди справді вішають на свої копії, тому, якщо ви не хочете платити кілька сотень доларів, вам, ймовірно, доведеться позичити його у вашої бібліотеки.

Серія робіт Rannacher et al на початку 2000-х років, наприклад, "Оптимальний підхід до управління оцінкою помилок післяоріорі в методах кінцевих елементів", дає більш глибоке та більш широко застосовне розуміння оцінки постерьорі помилок, ніж те, що пояснено в Ейнсворті та Оден книга (на мою думку).

Простіри Соболєва не є функціональними просторами для PDE, хоча ви можете отримати таке враження, читаючи вступні аспірантури, такі як Еванс. Простіри Бесова є більш загальними і досить приємними, і змушують задуматися про те, як і чому побудовані певні функціональні простори, контролюючи основні будівельні блоки, щоб забезпечити обмеження коливань, інтеграції та багатомасштабної структури. Приємною "філософською" статтею про тему функціональних просторів тут є пост Террі Тао . Книга Трибеля (переважно про простори Бесова) «Теорія функціональних просторів II» - чудова! Між просторами Бесова і вейвлетами існує глибокий зв’язок, тому корисна стаття DeVore про вейвлети корисна.


На насправді, Springer недавно зробив Brezzi і Фортін бронювання доступно знову (як друк на вимогу). Можливо, ви хочете протриматися, оскільки, мабуть , у травні виходить оновлена ​​версія .
Крістіан Класон

4

Окрім чудових рекомендацій Джеда (я можу особисто поручитися за Бреннера + Скотта як чудову книжку з кінцевими елементами введення), чудовою книгою для чисельного рішення ОДЕ є М'ясник:

http://books.google.com/books/about/Numerical_Methods_for_Ordinary_Different.html?id=opd2NkBmMxsC

Це була моя біблія на довгий час, поки моя університетська бібліотека не згадувала.

Крім того, ви можете вважати, що Ерн + Гермонд є цінною книгою, якщо вам вже подобається делікатна математика

http://books.google.com/books/about/Theory_and_Practice_of_Finite_Elements.html?id=CCjm79FbJbcC

Прочитавши кілька робіт від Ерн + Гермона, можу сказати, що вони безумовно схиляються до важкого формалізму. Розділи - це більш-менш самодостатній модуль, якийсь позначення, яке вам, можливо, доведеться розгорнути, щоб отримати визначення.


Дякуємо за ваші пропозиції. Книга Ерн і Гермона має такий аромат, на який я орієнтований, будучи математиком.
Крістофер А. Вонг

У цьому випадку вас також можуть зацікавити книги ДіПетро та Ерна про розривні методи Галеркіна .
Крістіан Класон

3

Для PDE, книга з аналогічним функціонально-аналітичним ароматом, як Ерн та Гермонд, - це Д. Брейс, Кінцеві елементи , Кембриджський університет-прес, 2007 . Будучи підручником, а не дослідницькою монографією, вона є більш доступною, хоча й менш вичерпною. З іншого боку, він також обговорює застосування (в основному в еластичності).

Щодо ODE, я вважаю, що Біблія - ​​це все-таки тритомна робота Хайрера та Ваннера ( Розв’язання ODE I , Розв’язання ODE II та Геометрична чисельна інтеграція ).

Нарешті, не забувайте про безліч чудових конспектів лекцій, доступних в Інтернеті.

Використовуючи наш веб-сайт, ви визнаєте, що прочитали та зрозуміли наші Політику щодо файлів cookie та Політику конфіденційності.
Licensed under cc by-sa 3.0 with attribution required.