×

多元多项式求积规则的生成和应用。 (英语) Zbl 1440.65036号

摘要:搜索具有特定多项式精度的最小尺寸的多元求积规则是多年来研究的主题。找到这样的规则可以准确地整合矩,矩在复杂模型的科学计算的许多方面发挥着核心作用。本文的贡献是双重的。首先,我们对多项式求积问题进行了新的数学分析,为具有指定精度的多项式规则中的最小可能节点数提供了一个下界。我们给出了具体但过于简单的多元示例,其中可以设计一个最小求积规则来达到这个下限,以及当不可能达到这个下限时的情况。我们的第二个贡献是提出了一种算法,该算法能够有效地在非约束域上生成具有正权重的多元求积规则。我们的测试表明,该程序在多达20个维度上取得了成功。我们测试了我们的方法在降维和化学动力学问题中的应用,包括与常用替代方法的比较,如稀疏网格、蒙特卡罗和准蒙特卡罗序列以及斯特劳德规则。本文计算的求积规则在几乎所有情况下都优于这些备选方案。

MSC公司:

65天32分 数值求积和体积公式
65天30分 数值积分

软件:

测试包
PDF格式BibTeX公司 XML格式引用

参考文献:

[1] Halton,J.,《关于某些拟随机点序列在计算多维积分中的效率》,Numer。数学。,2, 84-90 (1960) ·Zbl 0090.34505号
[2] 哈默斯利,J。;Handscomb,D.,Monte Carlo Methods(1964),查普曼和霍尔:查普曼与霍尔纽约·兹比尔0121.35503
[3] Niederreiter,H.,随机数生成和准蒙特卡罗方法(1992),SIAM:SIAM Philadelphia·Zbl 0761.65002号
[4] Sobol’,M。;Shukhman,B.,《与准随机序列的集成:数值经验》,国际。现代物理学杂志。C、 6、2、263-275(1995)·Zbl 0940.65502号
[5] 郭士纳,T。;Griebel,M.,《使用稀疏网格的数值积分》,Numer。算法,18,3-4,209-232(1998)·兹比尔0921.65022
[6] 郭士纳,T。;Griebel,M.,《尺寸自适应张量积求积》,《计算》,71,1,65-87(2003)·Zbl 1030.65015号
[7] Smolyak,S.,某些函数类张量积的求积和插值公式,苏联数学。道克。,4, 240-243 (1963) ·Zbl 0202.39901号
[8] 梅赫罗特拉,S。;Papp,D.,使用优化技术生成力矩匹配场景,SIAM J.Optim。,23, 2, 963-999 (2013) ·Zbl 1273.90137号
[9] Ryu,E.K。;Boyd,S.P.,通过线性规划扩展高斯求积,发现。计算。数学。,15, 4, 953-971 (2014) ·Zbl 1327.65049号
[10] V.Keshavarzzadeh,R.Kirby,A.Narayan,设计正交的多维数值积分,SIAM J.Sci。计算。(2017),正在出版。Arxiv公司:https://arxiv.org/abs/1804.06501。 ·Zbl 1471.65020号
[11] 范登博斯。;科伦,B。;Dwight,R.,《使用简化容积规则进行非侵入式不确定性量化》,J.Compute。物理。,332, 418-445 (2017) ·Zbl 1378.65077号
[12] Tchakaloff,V.,《非负系数体积公式》,公牛。科学。数学,81,2,123-134(1957)·Zbl 0079.13908号
[13] 阿纳斯特,M。;加尼姆,R。;菲普斯,E。;Red-Horse,J.,耦合问题降维随机建模中的度量变换和有效求积,国际。J.数字。方法工程,92,12,1044-1080(2012)·Zbl 1352.65015号
[14] 君士坦丁,P。;菲普斯,E。;Wildey,T.,《网络多物理系统的有效不确定性传播》,国际。J.数字。方法工程,99,3,183-202(2014)·Zbl 1352.65339号
[15] Szegö,G.,正交多项式(1975),美国数学学会·JFM 61.0386.03号
[16] 诺瓦克,E。;Ritter,K.,《维数的诅咒和数值积分的通用方法》(Nürnberger,G.;Schmidt,J.W.;Walz,G.,《多元逼近和样条曲线》(1997),Birkhäuser Basel:Birkháuser巴塞尔),177-187·Zbl 0889.65016号
[17] 锤子,P。;Stroud,A.,多重积分的数值计算II,数学。表格有助于计算。,12, 272-280 (1958) ·Zbl 0091.12302号
[18] 斯特劳德,A.,《多重积分的近似计算》(1971),Prentice Hall:Prentice Hall Englewood Cliffs,N.J·Zbl 0379.65013号
[19] Cools,R.,《构建体积公式:艺术背后的科学》,《数值学报》。,6, 1-54 (1997) ·Zbl 0887.65028号
[20] Xiu,D.,二次数值积分公式,应用。数字。数学。,58, 10, 1515-1520 (2008) ·Zbl 1221.65082号
[21] H.J.本加兹。;Griebel,M.,稀疏网格,Acta Numer。,13, 147-269 (2004) ·Zbl 1118.65388号
[22] Pflüger,D。;佩赫斯托弗,B。;Bungartz,H.-J.,《高维数据驱动问题的空间自适应稀疏网格》,J.Complexity,26,5,508-522(2010)·Zbl 1200.65100号
[23] Caflisch,R.,蒙特卡罗和准蒙特卡罗方法,《数值学报》。,7, 1-49 (1998) ·Zbl 0949.65003号
[24] Radon,J.,Zur mechanischen Kubatur,Monatsheft für Mathematik,52,4,286-300(1948)·Zbl 0031.31504号
[25] Stroud,A.H.,《一个以上变量函数的求积方法》,纽约学院。科学。,86,3776-791(1960年)·Zbl 0102.33703号
[26] 痛风,J.L。;Guessab,A.,最小积分求积公式,数值。数学。,49, 4, 439-455 (1986) ·Zbl 0579.65022号
[27] Guessab,A.,在空间(p\)上精确的体积公式,介于\(p_k\)和\(q_k \)之间,Numer。数学。,49, 5, 561-576 (1986) ·兹伯利0583.41028
[28] Cools,R.,《容积公式百科全书》,J.Complexity,19,3,445-453(2003)·Zbl 1061.41020号
[29] Golub,G.H。;Welsch,J.H.,高斯求积规则的计算,数学。公司。,23, 106, 221-230 (1969) ·Zbl 0179.21901号
[30] A.Narayan,《光谱分布抽样多项式近似值》,2017年,(印前)。
[31] Golub,G.,一些修正的矩阵特征值问题,SIAM Rev.,15,2,318-334(1973)·Zbl 0254.65027号
[32] Tibshirani,R.,通过Lasso,J.R.Stat.Soc.Ser.回归收缩和选择。B统计方法。,58, 1, 267-288 (1996) ·Zbl 0850.62538号
[33] Genz,A.,《测试多重积分子程序的软件包》,(Keas,P.;Fairweather,G.,《数值积分》(1987),D.Riedel),337-340
[34] Narayan,A。;Jakeman,J.,《随机配置和高维近似的自适应leja稀疏网格构造》,SIAM J.Sci。计算。,36、6、A2952-A2983(2014)·Zbl 1316.65018号
[35] R.D.守夜。;Willmore,F.T.,非均匀表面反应中的振荡动力学:平均场近似的分解,Phys。E版,541225-1231(1996)
[36] Stuart,A.M.,《逆向问题:贝叶斯观点》,《数值学报》。,19, 451-559 (2010) ·Zbl 1242.65142号
[37] M.Parno,Y.Marzouk,运输图加速马尔可夫链蒙特卡罗,2014,ArXiv预印ArXiv:1412.5492·Zbl 1394.65004号
[38] 罗伯特·C。;Casella,G.,《蒙特卡罗统计方法》(2004),纽约施普林格-弗拉格出版社·兹比尔1096.62003
[39] 格里贝尔,M。;Holtz,M.,《高维函数与金融应用的维度集成》,J.Complexity,26,5,455-489(2010),SI:HDA 2009·Zbl 1203.65056号
[40] Foo,J。;Karniadakis,G.,《高维多元素概率配置法》,J.Compute。物理。,229, 5, 1536-1557 (2010) ·Zbl 1181.65014号
[41] 马,X。;Zabaras,N.,《求解随机微分方程的自适应分层稀疏网格配置算法》,J.Compute。物理。,228, 3084-3113 (2009) ·Zbl 1161.65006号
[42] Jakeman,J。;Roberts,S.,《用于不确定性量化的局部和维自适应随机配置》,(Garcke,J.;Griebel,M.,《稀疏网格和应用》,《计算科学与工程讲义》,第88卷(2013),施普林格-柏林-海德堡),181-203
[43] 王,X。;斯隆,I.,《为什么高维金融问题往往是低有效维的》,SIAM J.Sci。计算。,27, 159-183 (2005) ·Zbl 1149.65303号
[44] Pinkus,A.,岭函数,(剑桥数学教程(2015),剑桥大学出版社)·Zbl 1331.41001号
[45] K.Stinson,D.F.Gleich,P.G.Constantine,枚举分区顶点的随机算法,2016,ArXiv预打印ArXiv:1602.06620。
此参考列表基于出版商或数字数学图书馆提供的信息。其项与zbMATH标识符进行启发式匹配,可能包含数据转换错误。在某些情况下,zbMATH Open的数据对这些数据进行了补充/增强。这试图尽可能准确地反映原始论文中列出的参考文献,而不要求完整或完全匹配。