Large sparse linear systems of equations are ubiquitous in science and engineering, such as those arising from discretizations of partial differential equations. Algebraic multigrid (AMG) methods are one of the most common methods of solving such linear systems, with an extensive body of underlying mathematical theory. A system of linear equations defines a graph on the set of unknowns and each level of a multigrid solver requires the selection of an appropriate coarse graph along with restriction and interpolation operators that map to and from the coarse representation. The efficiency of the multigrid solver depends critically on this selection and many selection methods have been developed over the years. Recently, it has been demonstrated that it is possible to directly learn the AMG interpolation and restriction operators, given a coarse graph selection. In this paper, we consider the complementary problem of learning to coarsen graphs for a multigrid solver. We propose a method using a reinforcement learning (RL) agent based on graph neural networks (GNNs), which can learn to perform graph coarsening on small training graphs and then be applied to unstructured large graphs. We demonstrate that this method can produce better coarse graphs than existing algorithms, even as the graph size increases and other properties of the graph are varied. We also propose an efficient inference procedure for performing graph coarsening that results in linear time complexity in graph size.


翻译:巨大的线性方程式系统在科学和工程学上是无处不在的,例如部分差异方程式的离散所产生的。 代数多格( AMG) 方法是解决这种线性系统的最常见方法之一, 具有广泛的基本数学理论。 一个线性方程式系统定义了一组未知和多格数求解器的每个级别上的图表, 需要选择一个适当的粗缩图, 以及地图上与粗略表达式之间的限制和内插操作器。 多格网求解器的效率关键地取决于此选择, 许多选择方法多年来已经开发出来。 最近, 已经证明有可能直接学习 AMG 的内插和限制操作器, 并且有一个粗略的图表选择。 在本文中, 我们考虑的是学习多格解解码求解器图的补补问题。 我们建议一种方法, 使用基于图形神经网络( GNNS) 的强化学习( RL) 代理器, 它可以学习如何在小的训练图形上进行图形分析, 然后应用许多选择方法 。 我们用这个方法, 在不结构化的图表中, 也可以用一个更精细的直径式的图表来分析, 分析, 以显示其他的图表的图形的图形的图形的图形的精度。

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