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五对角系统的并行循环约简算法及其在以对流为主的Heston偏微分方程中的应用。 (英文) Zbl 1512.65196号

摘要:基于并行循环约简技术,设计了一种适用于五对角系统的新型并行算法。在满足稳定性条件的前提下,这种高度并行化的算法对于任何规模的系统都非常适用。该解算器使用CUDA编程平台在图形处理单元上实现,并与当今一些著名的并行解算器进行了性能比较。新算法的构建最初是由计算金融中的一个实际应用所推动的。因此,它被成功地应用于对流占优的数值求解赫斯顿详细讨论了金融期权定价的偏微分方程和完整求解器的实现。

MSC公司:

65平方米 含偏微分方程初值和初边值问题离散方程的数值解
2005年5月 并行数值计算
68瓦10 计算机科学中的并行算法
91G60型 数值方法(包括蒙特卡罗方法)
PDF格式BibTeX公司 XML格式引用
全文: 内政部

参考文献:

[1] L.Bauer和E.L.Reiss,块五对角矩阵和双调和方程的快速数值解,数学。公司。,26(1972年),第311-326页·Zbl 0257.65034号
[2] A.N.Brooks和T.J.Hughes,对流主导流的Streamline迎风/Petrov-Galerkin公式,特别强调不可压缩Navier-Stokes方程,计算。方法应用。机械。工程,32(1982),第199-259页·Zbl 0497.76041号
[3] B.L.Buzbee、G.H.Golub和C.W.Nielson,《关于求解泊松方程的直接方法》,SIAM J.Numer。分析。,7(1970),第627-656页·Zbl 0217.52902号
[4] I.J.Craig和A.D.Sneyd,混合导数抛物方程的交替方向隐式格式,计算。数学。申请。,16(1988年),第341-350页·Zbl 0654.65072号
[5] D.M.Dang、C.Christara和K.Jackson,抛物线偏微分方程ADI有限差分方法的GPU并行实现及其在金融中的应用,加拿大。申请。数学。Q.,17(2009),第627-659页·Zbl 1229.91335号
[6] A.Davidson、Y.Zhang和J.D.Owens,《在GPU上求解大型三对角系统的自动调谐方法》,载于2011年IEEE国际并行分布式处理研讨会论文集,2011年,第956-965页。
[7] G.de Vahl Davis和G.Mallinson,通过循环流研究评估迎风和中心差分近似,计算与《流体》,4(1976),第29-43页·Zbl 0329.76025号
[8] J.Douglas,三个空间变量的交替方向方法,数值。数学。,4(1962年),第41-63页·Zbl 0104.35001号
[9] J.Douglas和J.E.Gunn,交替方向方法的一般公式,Numer。数学。,6(1964年),第428-453页·Zbl 0141.33103号
[10] J.Douglas和H.H.Rachford,关于两个和三个空间变量中热传导问题的数值解,Trans。阿默尔。数学。《社会学杂志》,82(1956),第421-439页·Zbl 0070.35401号
[11] D.Egloff,《金融计算中的GPU第三部分:应用于随机波动的GPU上的ADI解算器》,Wilmott,52(2011),第51-53页。
[12] M.Giles、E.Laszlo、I.Reguly、J.Appleyard和J.Demouth,有限差分求解器的GPU实现,《高性能计算金融第七次研讨会论文集》,IEEE,2014年。
[13] A.Gloster,L.Oá。Naíraigh和K.E.Pang,cuPentBatch–NVIDIA GPU的批处理五对角解算器,计算。物理学。社区。,241(2019),第113-121页·Zbl 07674788号
[14] T.Haentjens,用交替方向隐式有限差分格式求解Heston-Cox-Ingersoll-Ross偏微分方程的高效稳定数值解,国际计算杂志。数学。,90(2013年),第2409-2430页·Zbl 1281.91184号
[15] T.Haentjens和K.J.in’T Hout,Heston-Hull-White偏微分方程的交替方向隐式有限差分格式,J.Compute。《金融》,16(2012),第83-110页。
[16] S.L.Heston,《随机波动期权的封闭式解决方案及其在债券和货币期权中的应用》,Rev.Finan。Stud.,6(1993),第327-343页·Zbl 1384.35131号
[17] R.W.Hockney,《使用傅里叶分析快速直接求解泊松方程》,J.ACM,12(1965),第95-113页·Zbl 0139.10902号
[18] R.W.Hockney和C.R.Jesshope,《并行计算机:体系结构、编程和算法》,Adam Hilger,英国布里斯托尔,1981年·Zbl 0523.68004号
[19] R.A.Horn和C.R.Johnson,矩阵分析主题,剑桥大学出版社,英国剑桥,1991年·Zbl 0729.15001号
[20] W.Hundsdorfer,具有稳定校正的分裂精度和稳定性,应用。数字。数学。,42(2002),第213-233页·Zbl 1004.65095号
[21] W.Hundsdorfer和J.G.Verwer,时间相关对流扩散反应方程的数值解,Springer-Verlag,柏林,2003年·Zbl 1030.65100号
[22] P.Igounet、P.Alfaro、M.Pedemonte和P.Ezzatti,SIP方法的GPU实现,智利计算机科学学会第三十届国际会议论文集,2011年11月,第195-201页。
[23] K.J.in’t Hout和S.Foulon,具有相关性的Heston模型中期权定价的ADI有限差分格式,Int.J.Numer。分析。型号。,7(2010),第303-320页·Zbl 1499.65276号
[24] K.J.in’t Hout和C.Mishra,带混合导数项的二维对流扩散方程修正Craig-Sneyd格式的稳定性,数学。计算。《模拟》,81(2011),第2540-2548页·Zbl 1219.65063号
[25] K.J.in’t Hout和C.Mishra,带混合导数项的多维扩散方程ADI格式的稳定性,应用。数字。数学。,74(2013),第83-94页·兹比尔1302.65194
[26] K.J.in’t Hout和J.Toivanen,贝茨模型下评估欧洲期权的ADI方案,应用。数字。数学。,130(2018),第143-156页·Zbl 1390.91327号
[27] K.J.in’t Hout和B.Welfert,应用于混合导数项对流扩散方程的ADI格式的稳定性,应用。数字。数学。,57(2007),第19-35页·Zbl 1175.65104号
[28] K.J.in’t Hout和B.D.Welfert,应用于具有混合导数项的多维扩散方程的二阶ADI格式的无条件稳定性,应用。数字。数学。,59(2009),第677-692页·Zbl 1161.65073号
[29] K.J.in’t Hout和M.Wyns,含混合导数项的二维对流扩散方程Hundsdorfer-Verwer格式的收敛性,AIP Conf.Proc。,1648 (2015), 850054.
[30] K.J.in’t Hout和M.Wyns,带混合导数项的二维对流扩散方程修正Craig-Sneyd格式的收敛性,J.Compute。申请。数学。,296(2016),第170-180页·Zbl 1342.65188号
[31] A.Itkin和P.Carr,《无泪跳跃:障碍物选项的新拆分技术》,国际期刊Numer。分析。型号。,8(2011),第667-704页·Zbl 1267.91072号
[32] M.Jakob,《传热》,威利,纽约,1959年。
[33] H.Kim、S.Wu、L.Chang和W.W.Hwu,GPU的可扩展三对角求解器,《2011年并行处理国际会议论文集》,2011年,第444-453页。
[34] B.Leonard,《关于不可理解缺陷混淆方程数值混淆的有限意见分歧调查》,载于《对流主导流的有限元方法》,T.J.R.Hughes主编,美国机械工程师学会,纽约,1979年,第1-10页·Zbl 0435.76003号
[35] C.Mishra,应用于混合导数二维对流扩散方程的修正Craig-Sneyd格式的一个新的稳定性结果,应用。数学。计算。,285(2016),第41-50页·Zbl 1410.65319号
[36] S.V.Patankar,《数值传热和流体流动》,McGraw-Hill,纽约,1980年·Zbl 0521.76003号
[37] D.W.Peaceman和H.H.Rachford,Jr.,抛物型和椭圆型微分方程的数值解,J.Soc.Indust。申请。数学。,3(1955年),第28-41页·Zbl 0067.35801号
[38] P.-O.Persson和J.Peraire,Navier-Stokes方程间断Galerkin离散的Newton-GMRES预处理,SIAM J.Sci。计算。,30(2008),第2709-2733页·Zbl 1362.76052号
[39] D.M.Pooley、P.A.Forsyth和K.R.Vetzal,波动率不确定的期权定价偏微分方程的数值收敛性,IMA J.Numer。分析。,23(2003),第241-267页·Zbl 1040.91053号
[40] G.H.Rodrigue、N.K.Madsen和J.I.Karush,带状线性方程的奇偶约简,J.ACM,26(1979),第72-81页·Zbl 0389.65012号
[41] C.-W.Shu,时间相关对流主导偏微分方程的高阶WENO和DG方法:对最近几个发展的简要综述,J.Comput。物理。,316(2016),第598-613页·Zbl 1349.65486号
[42] W.Shyy,稳态对流主导流问题的有限差分近似研究,J.Compute。物理。,57(1985),第415-438页·Zbl 0632.76102号
[43] D.B.Spalding,涉及一阶和二阶导数的微分表达式的新型有限差分公式,Internat。J.数字。方法,工程。,4(1972),第551-559页。
[44] N.-Z.Sun,《地下水污染数学模型》,施普林格出版社,纽约,1996年·Zbl 0836.76001号
[45] R.Warming和R.M.Beam,《迎风二阶差分格式及其在气动流动中的应用》,美国航空航天协会J.,14(1976),第1241-1249页·Zbl 0364.76047号
[46] Nvidia,cuSPARSE Library,版本10.22019,https://docs.nvidia.com/cuda/pdf/CUSPARSE_Library.pdf(2019年12月访问)。
[47] Nvidia,cuSPARSE Library,2019年,10.2版,https://docs.nvidia.com/cuda/pdf/CUBLAS_Library.pdf(2019年12月访问)。
[48] CUDA工具包文件v 10.2.89,NVIDIA开发区,2019,https://docs.nvidia.com/cuda/index.html(2019年12月访问)。
[49] PCR-Penta源代码,Git Hub,https://github.com/AbhijitGhosh0007/PCR-Penta.git(2020年10月访问)。
[50] Y.Zhang、J.Cohen和J.D.Owens,GPU上的快速三对角解算器,SIGPLAN通知,45(2010),第127-136页。
[51] NVIDIA TESLA K80:世界上最受欢迎的GPU,https://www.nvidia.com/en-gb/data-center/tesla-k80/(2019年12月访问)。
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