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矩阵微分方程的数值低阶近似。 (英语) Zbl 1432.65090号

大规模矩阵微分方程的有效数值积分是数值分析中的一个热点问题,在许多应用中具有重要意义。通常,应用于此类问题的标准数值方法需要过多的计算时间和内存。基于解的动态低阶近似,针对一类非常普遍的刚性矩阵微分方程,提出了一种新的分裂积分器。这一类包括由偏微分方程的空间离散化产生的微分Lyapunov方程和微分Riccati方程。该积分器有效地处理了刚度问题,并保持了微分Lyapunov方程解的对称性和半正定性。给出了数值例子,说明了这种新方法的优点。特别是,给出了有效模拟厄尔尼诺天气现象的数值结果。

MSC公司:

65升05 常微分方程初值问题的数值解法
49J20型 偏微分方程最优控制问题的存在性理论
65升10 常微分方程边值问题的数值解
65平方英尺 矩阵方程的数值方法

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利亚帕克
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参考文献:

[1] Abou-Kandil,H。;Freiling,G。;伊奥内斯库,V。;Jank,G.,《控制和系统理论中的矩阵Riccati方程》(2003),Birkhäuser Basel·Zbl 1027.93001号
[2] Antoulas,A.C.,《大规模动力系统的近似》,(2005),费城SIAM·Zbl 1112.93002号
[3] 彼得森,I.R。;乌格里诺夫斯基,V.A。;Savkin,A.V.,使用(H^\infty)方法的鲁棒控制设计,(2000),施普林格伦敦·Zbl 0963.93003号
[4] Choi,C。;Laub,A.J.,求解刚性Riccati微分方程的高效矩阵值算法,IEEE Trans。自动化。对照组,35777-776,(1990年)·Zbl 0714.93011号
[5] Dieci,L.,微分Riccati方程的数值积分和一些相关问题,SIAM J.Numer。分析。,29, 781-815, (1992) ·Zbl 0768.65037号
[6] 本纳,P。;Mena,H.,Rosenbrock求解微分Riccati方程的方法,IEEE Trans。自动化。控制,582950-2957,(2013)·兹比尔1369.65088
[7] 本纳,P。;Mena,H.,无限维LQR问题和相关Riccati微分方程的数值解,J.Numer。数学。,26, 1-20, (2018) ·Zbl 1444.65032号
[8] Stillfjord,T.,大型微分Riccati方程的低阶二阶分裂,IEEE Trans。自动化。控制,60,2791-2796,(2015)·兹比尔1360.65192
[9] 科赫,O。;Lubich,C.,《动力学低阶近似》,SIAM J.矩阵分析。应用。,29, 434-454, (2007) ·Zbl 1145.65031号
[10] Kieri,E。;卢比奇,C。;Walach,H.,存在小奇异值时的离散动态低阶近似,SIAM J.Numer。分析。,54, 1020-1038, (2016) ·Zbl 1336.65119号
[11] 卢比奇,C。;Oseledets,I.,动态低阶近似的投影分裂积分器,BIT,54,171-188,(2014)·Zbl 1314.65095号
[12] Nonnenmacher,A。;Lubich,C.,《动力学低阶近似:应用和数值实验》,数学。计算。模拟,79,1346-1357,(2008)·Zbl 1162.65335号
[13] 安托拉斯,A.C。;索伦森特区。;周勇,关于Hankel奇异值的衰减率及相关问题,系统控制快报。,46, 323-342, (2000) ·Zbl 1003.93024号
[14] Sabino,J.,通过块修正Smith方法求解大规模Lyapunov方程,(2007),德克萨斯州休斯顿莱斯大学(博士论文)
[15] 卡利亚里,M。;坎多夫,P。;奥斯特曼,A。;Rainer,S.,《重温Leja方法:矩阵指数的向后误差分析》,SIAM J.Sci。计算。,38,A1639-A1661,(2016)·Zbl 1339.65061号
[16] 海尔,E。;卢比奇,C。;Wanner,G.,《几何数值积分》。常微分方程的结构保留算法,(2000),施普林格-柏林,海德堡
[17] 赫尔姆克,美国。;Moore,J.B.,《优化和动力系统》(1996),施普林格伦敦·Zbl 0943.93001号
[18] Al-Mohy,A.H。;Higham,N.J.,计算矩阵指数的作用,以及指数积分器的应用,SIAM J.Sci。计算。,第33页,488-511页,(2011年)·Zbl 1234.65028号
[19] Güttel,S.,矩阵函数的有理Krylov近似:数值方法和最优极点选择,GAMM-Mitt,36,8-31,(2013)·Zbl 1292.65043号
[20] Saad,Y.,矩阵指数算子的一些Krylov子空间近似分析,SIAM J.Numer。分析。,29, 209-228, (1992) ·兹比尔074965030
[21] 海尔,E。;诺塞特,S.P。;Wanner,G.,《求解常微分方程I:非刚性问题》,(1993),施普林格-柏林,海德堡·Zbl 0789.65048号
[22] Einkemmer,L。;Ostermann,A.,《克服扩散反应分裂中的阶数减少》。第1部分:Dirichlet边界条件,SIAM J.Sci。计算。,37,A1577-A1592,(2015)·Zbl 1433.65189号
[23] 海厄姆,N.J.,计算最近对称半正定矩阵,线性代数应用。,103, 103-118, (1988) ·Zbl 0649.65026号
[24] Simoncini,V.,求解大规模Lyapunov矩阵方程的新迭代方法,SIAM J.Sci。计算。,29, 1268-1288, (2007) ·Zbl 1146.65038号
[25] Case,J.,《厄尔尼诺的简单预测模型》,SIAM News,42,(2009)
[26] 宾夕法尼亚州。;Sardeshmukh,P.D.,热带海面温度异常的最佳增长,J.Clim。,8, 1999-2024, (1995)
[27] 国家气候数据中心,NESDIS,NOAA,美国商务部,NOAA最优插值1/4度每日海面温度分析,第2版,http://rda.ucar.edu/datasets/ds277.7/; 国家气候数据中心,NESDIS,NOAA,美国商务部,NOAA最优插值1/4度每日海面温度分析,第2版,http://rda.ucar.edu/datasets/ds277.7/
[28] ESR,2009年。OSCAR三度分辨率洋面流。第1版。采购订单。美国,加利福尼亚州,美国,http://dx.doi.org/10.5067/OSCAR-03D01; ESR,2009年。OSCAR三度分辨率洋面流。第1版。采购订单。DAAC,加利福尼亚州,美国,http://dx.doi.org/10.5067/OSCAR-03D01
[29] H.Mena,L.Pfurtscheller,厄尔尼诺的有效SPDE方法,arXiv,2017,https://arxiv.org/abs/1708.04144; H.Mena,L.Pfurtscheller,《厄尔尼诺的有效SPDE方法》,arXiv,2017年,https://arxiv.org/abs/1708.04144
[30] Dieci,L。;Eirola,T.,Riccati微分方程数值解的正定性,数值。数学。,67303-313(1994年)·Zbl 0791.65050号
[31] Penzl,T.,LYAPACK用户指南,技术报告SFB393/00-33,(2000),TU Chemnitz
[32] Yong,J。;周晓云,《随机控制》。哈密顿系统和HJB方程,(1999),纽约施普林格出版社·Zbl 0943.93002号
[33] 达姆,T。;Mena,H。;Stillfjord,T.,有限时域随机线性二次控制问题的数值解,Numer。线性代数应用。,24,e2091,(2017)·Zbl 1424.49037号
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