We present an adaptive multilevel Monte Carlo (AMLMC) algorithm for approximating deterministic, real-valued, bounded linear functionals that depend on the solution of a linear elliptic PDE with a lognormal diffusivity coefficient and geometric singularities in bounded domains of $\mathbb{R}^d$. Our AMLMC algorithm is built on the results of the weak convergence rates in the work [Moon et al., BIT Numer. Math., 46 (2006), 367-407] for an adaptive algorithm using isoparametric d-linear quadrilateral finite element approximations and the dual weighted residual error representation in a deterministic setting. Designed to suit the geometric nature of the singularities in the solution, our AMLMC algorithm uses a sequence of deterministic, non-uniform auxiliary meshes as a building block. The deterministic adaptive algorithm generates these meshes, corresponding to a geometrically decreasing sequence of tolerances. For a given realization of the diffusivity coefficient and accuracy level, AMLMC constructs its approximate sample using the first mesh in the hierarchy that satisfies the corresponding bias accuracy constraint. This adaptive approach is particularly useful for the lognormal case treated here, which lacks uniform coercivity and thus produces functional outputs that vary over orders of magnitude when sampled. We discuss iterative solvers and compare their efficiency with direct ones. To reduce computational work, we propose a stopping criterion for the iterative solver with respect to the quantity of interest, the realization of the diffusivity coefficient, and the desired level of AMLMC approximation. From the numerical experiments, based on a Fourier expansion of the coefficient field, we observe improvements in efficiency compared with both standard Monte Carlo and standard MLMC for a problem with a singularity similar to that at the tip of a slit modeling a crack.


翻译:我们展示了一个适应性多层次的蒙特卡洛(AMLMC)算法,用于匹配确定性、真实价值、约束性线性功能,该算法取决于线性椭圆形 PDE 的解决方案,其边际域为正对异差系数和几何异异异差。我们的AMLMC算法以工作趋同率疲软的结果为基础[Moon 等人,BIT Numer. Math., 46(2006年) 367-407],该算法使用等离子度d线性四边际定数要素近似值和在确定性环境下的双重加权剩余误差表示。我们的AMLMC算法的设计是为了适应解决方案中奇异异数的几何性质。我们用极异数异的数值表示其精确度的精确度。

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