A numerical analysis for the fully discrete approximation of an operator Lyapunov equation related to linear SPDEs (stochastic partial differential equations) driven by multiplicative noise is considered. The discretization of the Lyapunov equation in space is given by finite elements and in time by a semiimplicit Euler scheme. The main result is the derivation of the rate of convergence in operator norm. Moreover, it is shown that the solution of the equation provides a representation of a quadratic and path dependent functional of the SPDE solution. This fact yields a deterministic numerical method to compute such functionals. As a secondary result, weak error rates are established for a fully discrete finite element approximation of the SPDE with respect to this functional. This is obtained as a consequence of the approximation analysis of the Lyapunov equation. It is the first weak convergence analysis for fully discrete finite element approximations of SPDEs driven by multiplicative noise that obtains double the strong rate of convergence, especially for path dependent functionals and smooth spatial noise. Numerical experiments illustrate the results empirically and it is demonstrated that the deterministic method has advantages over Monte Carlo sampling in a stability context.


翻译:对由多倍噪音驱动的线性SPDEs(随机部分差异方程式)操作者Lyapunov方程式的完全离散近点进行了数字分析;对空间的Lyapunov方程式的离散性由有限元素提供,并及时由半不明显的Euler方案提供;主要结果是从操作者规范的趋同率中得出;此外,还表明,该方程式的解析代表了SPDE解决方案的二次和路径功能。这一事实产生了一种确定性的数字方法来计算这些功能。作为次要结果,为SPDE完全离散的有限元素近点确定了微弱的误差率。这是对Lyapunov方程式的近距离分析的结果。这是对由多倍复制性噪音驱动的SPDEs完全离散性要素近点进行的第一个薄弱的趋同性分析,获得双倍的强烈趋同率,特别是取决于路径的功能和光滑动的空间噪声。数字实验从实验中说明了结果,从实验中可以看出SPDE的确定性稳定性方法在Moncar上具有优势。

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