跳到主要内容
研究论文

SLEPc中大规模特征值问题Davidson方法的并行实现

出版:2014年3月5日 出版历史
  • 获取引文提醒
  • 摘要

    在大规模特征值问题的背景下,Davidson类型的方法(如Jacobi-Davidson)与其他类型的算法相比可能具有竞争力,特别是在一些特别困难的情况下,例如计算内部特征值,或者当矩阵分解禁止或效率很低时。然而,这些类型的方法通常不能以高质量并行实现的形式获得,特别是对于非埃尔米特特征问题的情况。我们介绍了各种Davidson类型方法在SLEPc(特征值问题计算的可扩展库)中的实现。这些解算器结合了许多用于子空间扩展和提取的算法变体,并涵盖了广泛的特征问题,包括标准和广义、厄米特和非厄米特,以及实数或复数算法。我们提供了大量测试问题的性能结果。

    工具书类

    [1]
    P.Arbenz、M.Becka、R.Geus、U.Hetmaniuk和T.Mengotti。2006.关于并行多级预处理Maxwell特征解算器。并行计算。32, 2, 157--165.
    [2]
    Z.Bai、J.Demmel、J.Dongarra、A.Ruhe和H.van der Vorst,2000年版。代数特征值问题的解决模板:实用指南。宾夕法尼亚州费城SIAM。
    [3]
    C.G.Baker、U.L.Hetmaniuk、R.B.Lehoucq和H.K.Thornquist。2009年。大型特征值问题数值解的Anasazi软件。ACM事务处理。数学。柔和。36, 3, 13:1--13:23.
    [4]
    S.Balay、J.Brown、K.Buschelman、V.Eijkhout、W.Gropp、D.Kaushik、M.Knepley、L.C.McInnes、B.Smith和H.Zhang。2011.PETSc用户手册。技术代表ANL-95/11第3.2版,阿贡国家实验室。
    [5]
    S.Balay、W.D.Gropp、L.C.McInnes和B.F.Smith。1997年。面向对象数值软件库中并行性的有效管理。在科学计算的现代软件工具中,E.Arge、A.M.Bruaset和H.P.Langtangen,Eds.,Birkhaüser,163-202。
    [6]
    M.A.Brebner和J.Grad。1982.通过简化为伪对称形式和HR过程计算实对称矩阵A和B的Ax=λBx的特征值。线性代数应用。43, 99--118.
    [7]
    C.Campos、J.E.Roman、E.Romero和A.Tomas。2011年SLEPc用户手册。技术代表DSICII/24/02-3.2版,D.Sistemes Informátics i Computació,València大学。http://www.grycap.upv.es/slepc。
    [8]
    T.Dannert和F.Jenko。2005.无碰撞捕捉电子模式湍流的回旋动力学模拟。物理学。等离子体12,7,072309。
    [9]
    E.R.戴维森。1975.大型实对称矩阵的几个最低特征值和相应特征向量的迭代计算。J.计算。物理学。17, 1, 87--94.
    [10]
    T.A.Davis和Y.Hu,2011年。佛罗里达大学稀疏矩阵收藏。ACM事务处理。数学。柔和。38, 1, 1:1--1:25.
    [11]
    H.C.Elman、A.Ramage和D.J.Silvester。2007.算法866:IFISS,用于建模不可压缩流的Matlab工具箱。ACM事务处理。数学。柔和。33, 2. 第十四条。
    [12]
    T.Ericsson和A.Ruhe。1980.大型稀疏广义对称特征值问题数值解的谱变换Lanczos方法。数学。公司。35, 152, 1251--1268.
    [13]
    M.Ferronato、C.Janna和G.Pini。2012.利用块FSAI预处理高效并行解决大型稀疏特征值问题。数字。线性代数应用。19, 5, 797--815.
    [14]
    D.R.Fokkema、G.L.G.Sleijpen和H.A.van der Vorst。1998年,雅各比——用于矩阵笔简化的戴维森式QR和QZ算法。SIAM J.科学。计算。20, 1, 94--125.
    [15]
    M.A.Freitag和A.Spence。2007.应用于广义非对称特征值问题的非精确逆迭代收敛理论。电子。事务处理。数字。分析。28, 40--64.
    [16]
    M.Genseberger先生。2010.改进Jacobi-Davidson方法中用于大规模特征值问题的区域分解预处理技术的并行性能。应用程序。数字。数学。60, 11, 1083--1099.
    [17]
    V.Hernandez、J.E.Roman和A.Tomas。2007年。通过全球通信重组增强可扩展性的并行Arnoldi特征解算器。并行计算。33, 7--8, 521--540.
    [18]
    V.Hernandez、J.E.Roman和V.Vidal。2005年,SLEPc:用于解决特征值问题的可扩展且灵活的工具包。ACM事务处理。数学。柔和。31, 3, 351--362.
    [19]
    V.Heuveline、B.Philippe和M.Sadkane。1997年,用戴维森型方法并行计算大矩阵的谱图。数字。阿尔戈。16, 1, 55--75.
    [20]
    M.E.Hochstenbach先生。2005年a。调和与精化Rayleigh-Ritz的推广。电子。事务处理。数字。分析。20, 235--252.
    [21]
    M.E.Hochstenbach先生。2005年b。标准和广义本征问题的调和瑞利-里兹的变化。凯斯西储大学数学系预印本。
    [22]
    M.E.Hochstenbach和Y.Notay。2006年,雅各比-戴维森方法。GAMM Mitt公司。29, 2, 368--382.
    [23]
    F.-N.Hwang、Z.-H.Wei、T.-M.Huang和W.Wang。2010年。量子点模拟中多项式特征值问题的并行加法Schwarz预处理Jacobi-Davidson算法。J.计算。物理学。229, 8, 2932--2947.
    [24]
    A.V.Knyazev公司。2001.关于最优预处理特征解算器:局部最优块预处理共轭梯度法。SIAM J.科学。计算。23, 2, 517--541.
    [25]
    A.V.Knyazev、M.E.Argentati、I.Lashuk和E.E.Ovtchinnikov。2007.在HYPRE和PETSc中阻止局部最优预处理特征值Xolvers(BLOPEX)。SIAM J.科学。计算。29, 5, 2224--2239.
    [26]
    J.Kopal、M.Rozloíník、M.Tuma和A.Smoktunowicz。2012.非标准内积正交化的舍入误差分析。数字。数学。52, 4, 1035--1058.
    [27]
    D.克雷斯纳。2006.重新排序标准和广义Schur形式的块算法。ACM事务处理。数学。柔和。32, 4, 521--532.
    [28]
    R.B.Lehoucq、D.C.Sorensen和C.Yang。1998年,ARPACK用户指南,通过隐含重启Arnoldi方法解决大规模特征值问题。宾夕法尼亚州费城SIAM。
    [29]
    Z.Li、Y.Saad和M.Sosonkina。pARMS:代数递归多级解算器的并行版本。数字。线性代数应用。10, 5--6, 485--509.
    [30]
    J.R.McCombs和A.Stathopoulos。2006.特征值求解器的迭代验证:一种提高厄米特特征值解算器可靠性的方案。SIAM J.科学。计算。28, 6, 2337--2358.
    [31]
    F.Merz、C.Kowitz、E.Romero、J.E.Roman和F.Jenko。2012.基于特征值计算的多维回转动力学参数研究。计算。物理学。Commun公司。183, 4, 922--930.
    [32]
    R.B.摩根。1990.广义特征值问题的戴维森方法和预处理。J.计算。物理学。89, 241--245.
    [33]
    R.B.摩根。1991.计算大矩阵的内部特征值。线性代数应用。154--156, 289--309.
    [34]
    R.B.Morgan和D.S.Scott。1986.戴维森稀疏对称矩阵特征值计算方法的推广。SIAM J.科学。统计师。计算。7, 3, 817--825.
    [35]
    R.Natarajan和D.Vanderbilt。1989.一种新的迭代方案,用于获得大型实对称矩阵的特征向量。J.计算。物理学。82, 1, 218--228.
    [36]
    M.Nool和A.van der Ploeg。2000.求解磁流体力学中大型广义特征值问题的并行雅可比-戴维森型方法。SIAM J.科学。计算。22, 1, 95--112.
    [37]
    J.奥尔森、P.约根森和J.西蒙斯。1990年,在全配置交互(FCI)计算中超过10亿限制。化学。物理学。莱特。169, 6, 463--472.
    [38]
    C.C.Paige、B.N.Parlett和H.A.van der Vorst。Krylov子空间的近似解和特征值界。数字。线性代数应用。2, 2, 115--133.
    [39]
    E.Romero和J.E.Roman。2011.使用并行Jacobi-Davidson特征解算器计算湍流等离子体的次主导不稳定模式。Concur公司。计算:实践。有效期23、17、2179——2191。
    [40]
    Y.Saad。1993年。一种灵活的内外预处理GMRES算法。SIAM J.科学。计算。14, 2, 461--469.
    [41]
    G.L.G.Sleijpen、A.G.L..Booten、D.R.Fokkema和H.A.van der Vorst。1996.广义特征问题和多项式特征问题的Jacobi-Davidson型方法。位36、3、595--633。
    [42]
    G.L.G.Sleijpen和H.A.van der Vorst。线性特征值问题的雅可比-戴维森迭代法。SIAM J.矩阵分析。申请。17, 2, 401--425.
    [43]
    G.L.G.Sleijpen和H.A.van der Vorst。线性特征值问题的雅可比-戴维森迭代法。SIAM版本42,2,267--293。
    [44]
    G.L.G.Sleijpen、H.A.van der Vorst和E.Meijerink。标准和广义特征问题的Jacobi-Davidson方法中子空间的有效展开。电子。事务处理。数字。分析。7, 75--89.
    [45]
    A.Stathopoulos。2007.有限内存下厄米特特征问题的近似最优预处理方法。第一部分:寻找一个特征值。SIAM J.科学。计算。29, 2, 481--514.
    [46]
    A.Stathopoulos和J.R.McCombs。2007.有限内存下厄米特特征问题的近似最优预处理方法。第二部分:寻找多个特征值。SIAM J.科学。计算。29, 5, 2162--2188.
    [47]
    A.Stathopoulos和J.R.McCombs。2010年,PRIMME:PReconditioned Iterative MultiMethod Eigensolver:方法和软件描述。ACM事务处理。数学。柔和。37, 2, 21:1--21:30.
    [48]
    A.Stathopoulos和Y.Saad。1998.重新启动(雅各比-)戴维森对称特征值方法的技术。电子。事务处理。数字。分析。7, 163--181.
    [49]
    A.Stathopoulos、Y.Saad和C.F.Fischer。大型稀疏对称特征值问题的稳健预处理。J.计算。申请。数学。64, 3, 197--215.
    [50]
    A.Stathopoulos、Y.Saad和K.Wu。1998年,戴维森的动态粗重启,以及隐式重启的阿诺迪方法。SIAM J.科学。计算。19, 1, 227--245.
    [51]
    G.W.斯图尔特。2001.矩阵算法。第二卷:特征系统。宾夕法尼亚州费城SIAM。
    [52]
    H.A.van der Vorst先生。2002.大特征值问题的计算方法。在《数值分析手册》中,P.G.Ciarlet和J.L.Lions,Eds.,第八卷,Elsevier,3-179。
    [53]
    H.A.van der Vorst先生。高维矩阵特征对迭代计算的现代方法。Z.安圭。数学。机械。84, 7, 444--451.
    [54]
    T.van Noorden和J.Rommes,2007年。使用Jacobi-Davidson方法计算部分广义实Schur形式。数字。线性代数应用。14, 3, 197--215.
    [55]
    T.D.Young、E.Romero和J.E.Roman。2013.利用网格细化和子空间循环进行并行有限元密度函数计算。计算。物理学。Commun公司。184, 1, 66--72.

    引用人

    查看全部
    • (2023)3.14–3.18版中SLEPc的改进ACM数学软件汇刊10.1145/360337349:3(1-11)在线发布日期:23年9月19日
    • (2023)自适应采样配置交互方法的并行分布式内存实现化学物理杂志10.1063/5.0148650158:21在线发布日期:2023年6月1日
    • (2023)Libkrylov:一个模块化开放源码软件库,用于超大的即时矩阵计算计算化学杂志10.1002/jcc.2706844:11(1105-1118)在线发布日期:2023年1月13日
    • 显示更多引用者

    建议

    评论

    信息和贡献者

    问询处

    发布于

    数学软件上的封面图像ACM事务
    ACM数学软件汇刊 第40卷第2期
    2014年2月
    161页
    ISSN公司:0098-3500
    EISSN公司:1557-7295
    DOI(操作界面):10.1145/2594412
    期刊目录
    如果复制品不是为了盈利或商业利益而制作或分发的,并且复制品的第一页载有本通知和完整引文,则允许免费制作本作品的全部或部分数字或硬拷贝以供个人或课堂使用。必须尊重ACM以外的其他人对本作品组成部分的版权。允许用信用证进行摘要。要以其他方式复制或重新发布,在服务器上发布或重新发布到列表,需要事先获得特定许可和/或付费。从请求权限[电子邮件保护]

    出版商

    计算机协会

    美国纽约州纽约市

    出版历史

    出版:2014年3月5日
    认可的:2013年9月1日
    修订过的:2013年1月1日
    收到:2012年2月1日
    在TOMS中发布体积40,问题2

    权限

    请求对此文章的权限。

    检查更新

    作者标记

    1. 戴维森
    2. 特征值计算
    3. 雅各比·戴维森
    4. SLEPc公司
    5. 消息传递并行化

    限定符

    • 研究文章
    • 研究
    • 推荐

    资金来源

    贡献者

    其他指标

    文献计量学和引文

    文献计量学

    文章指标

    • 下载次数(过去12个月)18
    • 下载次数(最近6周)2

    其他指标

    引文

    引用人

    查看全部
    • (2023)3.14–3.18版中SLEPc的改进ACM数学软件汇刊10.1145/360337349:3(1-11)在线发布日期:2023年9月19日
    • (2023)自适应采样配置交互方法的并行分布式内存实现化学物理杂志10.1063/5.0148650158:21在线发布日期:2023年6月1日
    • (2023)Libkrylov:一个模块化开放源码软件库,用于超大的即时矩阵计算计算化学杂志10.1002/jcc.2706844:11(1105-1118)在线发布日期:2023年1月13日
    • (2022)二次特征值问题的精细等几何分析应用力学与工程中的计算机方法2016年10月10日/j.cma.2022.115327399(115327)在线发布日期:2022年9月
    • (2021)广义厄米特特征问题的精细等几何分析应用力学与工程中的计算机方法2016年10月10日/j.cma.2021.113823381(113823)在线发布日期:2021年8月
    • (2019)支持非单项式基和通缩的多项式Jacobi–Davidson解算器比特币10.1007/s10543-019-00778-z60:2(295-318)在线发布日期:2019-08-29
    • (2018)对角化方法中基和矩阵的一般建立。Kramers组态状态函数的确定国际量子化学杂志10.1002/平方25638118:16在线发布日期:2018年4月23日
    • (2017)高阶有限元计算电磁学分析中广义特征值问题的非精确零空间滤波GPU加速LOBPCG方法计算物理中的通信10.4208/cicp。OA-2016-016822:4(997-1014)在线发布日期:2017年7月28日
    • (2015)对称不定矩阵的类Cholesky因子分解及双线性形式的正交化SIAM矩阵分析与应用杂志10.1137/13094700336:2(727-751)在线发布日期:2015年1月
    • (2015)时间调和麦克斯韦方程降基方法中Inf-Sup常数的估计IEEE微波理论与技术汇刊10.1109/TMTT.2015.247315763:11(3549-3557)在线发布日期:2015年11月
    • 显示更多引用者

    视图选项

    获取访问权限

    登录选项

    完全访问权限

    查看选项

    PDF格式

    以PDF文件查看或下载。

    PDF格式

    电子阅读器

    使用联机查看电子阅读器.

    电子阅读器

    媒体

    数字

    其他

    桌子

    分享

    分享

    共享此出版物链接

    在社交媒体上分享