We construct a space-time parallel method for solving parabolic partial differential equations by coupling the Parareal algorithm in time with overlapping domain decomposition in space. The goal is to obtain a discretization consisting of "local" problems that can be solved on parallel computers efficiently. However, this introduces significant sources of error that must be evaluated. Reformulating the original Parareal algorithm as a variational method and implementing a finite element discretization in space enables an adjoint-based a posteriori error analysis to be performed. Through an appropriate choice of adjoint problems and residuals the error analysis distinguishes between errors arising due to the temporal and spatial discretizations, as well as between the errors arising due to incomplete Parareal iterations and incomplete iterations of the domain decomposition solver. We first develop an error analysis for the Parareal method applied to parabolic partial differential equations, and then refine this analysis to the case where the associated spatial problems are solved using overlapping domain decomposition. These constitute our Time Parallel Algorithm (TPA) and Space-Time Parallel Algorithm (STPA) respectively. Numerical experiments demonstrate the accuracy of the estimator for both algorithms and the iterations between distinct components of the error.


翻译:我们通过在时间上将Parareal算法与空间重叠的域分解分解结合起来,构建了解决抛物线部分差异方程式的时时并行并行方法。目标是获得由平行计算机可有效解决的“本地”问题组成的离散方法。然而,这引入了必须加以评估的重大错误源。将原Parareal算法作为一种变异法进行重新配置,并在空间实施一个有限的元素分解,从而能够进行基于连带的后继错误分析。通过适当选择连带问题和剩余差错分析,区分了时间和空间分解引起的差错,以及由于域分解解溶器不完全重复和不完全迭造成的差错。我们首先对适用于抛物法部分偏差方程的方法进行误差分析,然后将这一分析改进到使用重叠域分解法解决相关空间问题的情况下。这分别构成我们的时间平行 Algorithm(TPA)和空间-时间平行 Algorithm(STPA)的误差。Numericalalalalal 实验的精度部分显示了它之间的精确度。

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