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Recursive sparse LU decomposition based on nested dissection and low rank approximations

delete2025-07-08
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PRE
AI
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Xuanru Zhu
J
Jun Lai
DOI:10.1016/j.jcp.2025.114231delete
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摘要

摘要

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在求解偏微分方程(PDEs)时,若采用有限差分或有限元方法,则需要高效的求解器来处理大型稀疏线性系统。本文基于嵌套划分(nested dissection)和低秩近似(low rank approximations),提出了一种针对线性PDEs离散化所产生的矩阵的递归稀疏LU分解方法。该方法根据关联图的嵌套结构对矩阵进行重组。在消除最精细层级的内部顶点后,通过低秩近似对分隔符(separators)上的密集块进行分层稀疏化。为高效地骨架化(skeletonize)这些密集块,我们将分隔符分割成若干段,并引入一种混合算法,基于随机算法和快速多极方法(fast multipole method)提取低秩结构。所得分解产生了一种适用于对称和非对称情况的快速直接求解器。在密集块压缩率满足温和假设的条件下,我们证明了该快速直接求解器具有O(N)的时间复杂度。文中提供了若干数值实验以验证所提方法的有效性。

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Journal of Computational Physics
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3.8
论文数:
1.6W
被引数:
7.4W

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