We introduce a fast solver for the phase field crystal (PFC) and functionalized Cahn-Hilliard (FCH) equations with periodic boundary conditions on a rectangular domain that features the preconditioned Nesterov accelerated gradient descent (PAGD) method. We discretize these problems with a Fourier collocation method in space, and employ various second-order schemes in time. We observe a significant speedup with this solver when compared to the preconditioned gradient descent (PGD) method. With the PAGD solver, fully implicit, second-order-in-time schemes are not only feasible to solve the PFC and FCH equations, but also do so more efficiently than some semi-implicit schemes in some cases where accuracy issues are taken into account. Benchmark computations of five different schemes for the PFC and FCH equations are conducted and the results indicate that, for the FCH experiments, the fully implicit schemes (midpoint rule and BDF2 equipped with the PAGD as a nonlinear time marching solver) perform better than their IMEX versions in terms of computational cost needed to achieve a certain precision. For the PFC, the results are not as conclusive as in the FCH experiments, which, we believe, is due to the fact that the nonlinearity in the PFC is milder nature compared to the FCH equation. We also discuss some practical matters in applying the PAGD. We introduce an averaged Newton preconditioner and a sweeping-friction strategy as heuristic ways to choose good preconditioner parameters. The sweeping-friction strategy exhibits almost as good a performance as the case of the best manually tuned parameters.


翻译:我们引入了一个快速解答器,用于分阶段田间晶体(PFC)和功能化的Cahn-Hilliard(FCH)方程式,其定期边界条件在矩形域内,以Nesterov加速梯度下降(PAGD)法为先决条件。我们用Freier合用空间的Freier同位法将这些问题分解出来,并及时采用各种二级方案。我们观察到,与预设的梯度下降(PGD)法(PGD)方法相比,这个解答器的快速加快了速度。由于PAGD解答器完全隐含了,即时第二序(BDFD2)计划不仅能够解决PFC和FCH等式的定期边界条件,而且几乎比某些考虑到精确问题的半隐含性计划效率更高。 基准计算法计算了五个不同的PFC和FCH等式办法,结果显示,完全隐含的(中点规则和BDFDF)计划(PGDMD作为非线时间进进化解解解的解算算算算)比它们的IMEX版本在计算成本的计算成本的计算成本中,我们所认为,正平价的正确分析的成绩是最好的。我们所认为,作为比较的正确的准确的正确分析。

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