In this paper, we consider a new approach for semi-discretization in time and spatial discretization of a class of semi-linear stochastic partial differential equations (SPDEs) with multiplicative noise. The drift term of the SPDEs is only assumed to satisfy a one-sided Lipschitz condition and the diffusion term is assumed to be globally Lipschitz continuous. Our new strategy for time discretization is based on the Milstein method from stochastic differential equations. We use the energy method for its error analysis and show a strong convergence order of nearly $1$ for the approximate solution. The proof is based on new H\"older continuity estimates of the SPDE solution and the nonlinear term. For the general polynomial-type drift term, there are difficulties in deriving even the stability of the numerical solutions. We propose an interpolation-based finite element method for spatial discretization to overcome the difficulties. Then we obtain $H^1$ stability, higher moment $H^1$ stability, $L^2$ stability, and higher moment $L^2$ stability results using numerical and stochastic techniques. The nearly optimal convergence orders in time and space are hence obtained by coupling all previous results. Numerical experiments are presented to implement the proposed numerical scheme and to validate the theoretical results.


翻译:本文考虑了一类具有乘性噪声的半线性随机偏微分方程(SPDEs)的半离散化时间和空间离散化的新方法。 SPDEs的漂移项仅假定满足单侧Lipschitz条件,而扩散项被假定在全局Lipschitz连续性。我们的时间离散化新策略是基于随机微分方程的Milstein方法。我们使用能量方法来分析误差,并证明了近似解的强收敛阶数接近$1$。证明基于SPDE解和非线性项的新Holder连续性估计。对于一般的多项式型漂移项,导出数值解的稳定性也存在困难。我们提出了一种基于插值的有限元方法,用于空间离散化以克服这些困难。然后,通过数值和随机技巧,获得了$ H^1 $稳定性,高阶矩$ H^1 $稳定性,$ L^2 $稳定性和高阶矩$ L^2 $稳定性结果。通过耦合所有先前结果,因此获得了时间和空间方面的近乎最优收敛阶数。提出了数值实验来实现所提出的数值方案并验证理论结果。

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