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针对不精确牛顿方法的混合线性和曲线搜索全球化技术。 (英文) Zbl 1484.65107号

摘要:回溯线搜索(LS)是增强Newton型方法鲁棒性的最常用技术之一。牛顿法包括两个关键步骤:搜索和更新。LS试图从当前近似值中找到一个衰减最快的点,以及牛顿的搜索方向和适当的阻尼因子。牛顿搜索方向的确定仅依赖于当前信息。当牛顿搜索方向是弱下降方向时,LS确定的阻尼因子可能小得令人无法接受,这通常发生在具有强局部非线性的大型稀疏方程组的数值解中。因此,解决过程陷入了无更新和几乎相同搜索方向之间的恶性循环。中间溶液被困在同一区域内,没有任何进展。本文提出了一种新的全球化策略,即Newton型方法的混合线和曲线搜索(HLCS)技术,以解决使用线搜索时可能出现的失效问题。如果经典的直线搜索失败,我们将激活曲线搜索阶段。在这种情况下,我们首先根据从牛顿搜索方向获得的预测值将解空间分解为两个正交子空间,即“好”和“坏”子空间。坏的对应于导致违反充分下降条件的部件。接下来,我们将原始预测值投影到好的子空间上,然后执行非线性消除过程,以获得坏子空间上的校正解。希望新的更新能够满足足够的减少条件,以增强不精确牛顿的收敛性。作为概念证明,我们给出了三个数值例子来说明我们提出的非精确Newton-HLCS方法的有效性。

MSC公司:

65H10型 方程组解的数值计算
90立方厘米 非线性规划
65千5 数值数学规划方法
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全文: 内政部

参考文献:

[1] Beck,A.,《非线性优化导论:理论、算法和MATLAB应用》(2014),SIAM:SIAM Philadelphia·Zbl 1320.90001号
[2] Ben-Tal,A。;梅尔曼,A。;Zowe,J.,无约束优化的曲线搜索方法,优化,21669-695(1990)·Zbl 0722.90071号
[3] 蔡,X.C。;Keyes,D.E。;Young,D.P.,用于激波管流的非线性加法Schwarz预处理不精确牛顿法,(第十三届区域分解方法国际会议(2002),DDM),343-350
[4] 蔡,X.C。;Li,X.,带限制性可加性Schwarz非线性消除的非精确牛顿方法,用于高局部非线性问题,SIAM J.Sci。计算。,33746-762(2011年)·Zbl 1227.65045号
[5] Dembo,R.S。;艾森斯塔特,S.C。;Steihaug,T.,不精确牛顿方法,SIAM J.Numer。分析。,19, 400-408 (1982) ·Zbl 0478.65030号
[6] 丹尼斯·J·E。;Schnabel,R.B.,无约束优化和非线性方程的数值方法(1996),SIAM:SIAM Philadelphia·Zbl 0847.65038号
[7] P.Farrell、N.Rotundo、D.H.Doan、M.Kantner、J.Fuhrmann、T.Koprucki,《漂移扩散模型的数值方法》,预印本,2016年。
[8] Gummel,H.K.,《一维稳态晶体管计算的自洽迭代方案》,IEEE Trans。电子器件,11455-465(1964)
[9] 哈里斯,C.R。;Millman,K.J。;范德沃尔特,S.J。;Gommers,R。;Virtanen,P。;库纳波,D。;威瑟,E。;泰勒,J。;Berg,S。;新泽西州史密斯。;科恩,R。;Picus,M。;霍耶,S。;van Kerkwijk,M.H。;布雷特,M。;霍尔丹,A。;Fernández del Río,J。;Wiebe,M。;彼得森,P。;热拉尔·马钱特,P。;Sheppard,K。;Reddy,T。;韦克瑟,W。;阿巴斯,H。;高尔克,C。;Oliphant,T.E.,《使用NumPy进行数组编程》,《自然》,585,357-362(2020)
[10] 黄,F.-N。;Cai,X.C.,不可压缩Navier-Stokes方程的并行非线性加法Schwarz预处理不精确牛顿算法,J.Compute。物理。,204, 666-691 (2005) ·Zbl 1267.76083号
[11] 黄,F.-N。;林,H.-L。;Cai,X.C.,基于二级非线性消除的不精确牛顿方法预条件及其在激波管流计算中的应用,电子。变速器。数字。分析。,37, 239-251 (2010) ·Zbl 1205.65180号
[12] 黄,F.-N。;苏,Y.-C。;Cai,X.C.,跨声速全势方程的并行自适应非线性消元预处理非精确牛顿法,计算。流体,110,96-107(2015)·Zbl 1390.76271号
[13] Jabr,R.A。;哈马德,M。;Mohanna,Y.M.,pn二极管中泊松方程的牛顿-拉夫森解,国际电工杂志。工程教育。,44, 23-33 (2007)
[14] Lanzkron,P.J。;Rose,D.J。;Wilkes,J.T.,近似非线性消去法的分析,SIAM J.Sci。计算。,17, 538 (1996) ·Zbl 0855.65054号
[15] Li,Y.,多维半导体泊松方程数值解的并行单调迭代法,计算。物理学。社区。,153359-372(2003年)·2018年6月11日
[16] 罗,L。;蔡,X.C。;严,Z。;徐,L。;Keyes,D.E.,三维稳态不可压缩流动问题的多层非线性消除预处理不精确牛顿方法,SIAM J.Sci。计算。,42,B1404-B1428(2020)·Zbl 1456.76104号
[17] Nocedal,J。;Wright,S.,数值优化(2006),Springer-Verlag:Springer-Verlag New York·兹比尔1104.65059
[18] 请,C.P.,半导体PN结分析,IMA J.Appl。数学。,28, 301-318 (1982)
[19] 沙迪德,J.N。;杜米纳罗,R.S。;Walker,H.F.,《带热量和质量传输的Navier-Stokes方程完全耦合解的不精确牛顿法》,J.Compute。物理。,137, 155-185 (1997) ·Zbl 0898.76066号
[20] 史振杰。;沈,J.,一种新的带曲线搜索规则的下降算法,应用。数学。计算。,161, 753-768 (2005) ·Zbl 1069.65065号
[21] Sze,S.M.,《半导体器件:物理与技术》(2008),John Wiley&Sons
[22] 杜米纳罗,R.S。;Walker,H.F。;Shadid,J.N.,关于Newton-GMRES方法中的回溯失败,以及Navier-Stokes方程的演示,J.Compute。物理。,180, 549-558 (2002) ·Zbl 1143.76489号
[23] 维尔坦,P。;Gommers,R。;Oliphant,T.E。;哈伯兰,M。;Reddy,T。;库纳波,D。;Burovski,E。;彼得森,P。;韦克瑟,W。;Bright,J。;范德沃尔特,S.J。;布雷特,M。;Wilson,J。;Millman,K.J。;北马约罗夫。;Nelson,A.R.J。;琼斯,E。;科恩,R。;Larson,E。;Carey,C.J。;伊利诺伊州波拉特。;Feng,Y。;摩尔,E.W。;范德普拉斯,J。;拉萨尔德,D。;佩克托尔德,J。;Cimrman,R。;亨利克森,I。;昆特罗,E.A。;哈里斯,C.R。;阿奇博尔德,A.M。;里贝罗,A.H。;佩德雷戈萨,F。;van Mulbregt,P.,SciPy 1.0贡献者。SciPy 1.0:Python中科学计算的基本算法,Nat.Methods,17,261-272(2020)
[24] Wolfe,P.,上升法的收敛条件,SIAM Rev.,11226-235(1969)·Zbl 0177.20603号
[25] Wolfe,P.,上升法的收敛条件。二: 一些更正,SIAM Rev.,13,185-188(1971)·Zbl 0216.26901号
[26] Yang,H。;Hwang,F.-N.,高度局部非线性多分量PDE系统的自适应非线性消除预处理不精确牛顿算法,应用。数字。数学。,133, 100-115 (2018) ·Zbl 1397.65245号
[27] Young,D.P。;梅尔文·R·G。;Bieterman,M.B。;约翰逊,F.T。;萨曼特,S.S。;Bussoletti,J.E.,局部细化矩形网格有限元法:在计算流体动力学和计算物理中的应用,J.Compute。物理。,92, 1-66 (1991) ·兹比尔0709.76078
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