Two-level domain decomposition preconditioners lead to fast convergence and scalability of iterative solvers. However, for highly heterogeneous problems, where the coefficient function is varying rapidly on several possibly non-separated scales, the condition number of the preconditioned system generally depends on the contrast of the coefficient function leading to a deterioration of convergence. Enhancing the methods by coarse spaces constructed from suitable local eigenvalue problems, also denoted as adaptive or spectral coarse spaces, restores robust, contrast-independent convergence. However, these eigenvalue problems typically rely on non-algebraic information, such that the adaptive coarse spaces cannot be constructed from the fully assembled system matrix. In this paper, a novel algebraic adaptive coarse space, which relies on the a-orthogonal decomposition of (local) finite element (FE) spaces into functions that solve the partial differential equation (PDE) with some trace and FE functions that are zero on the boundary, is proposed. In particular, the basis is constructed from eigenmodes of two types of local eigenvalue problems associated with the edges of the domain decomposition. To approximate functions that solve the PDE locally, we employ a transfer eigenvalue problem, which has originally been proposed for the construction of optimal local approximation spaces for multiscale methods. In addition, we make use of a Dirichlet eigenvalue problem that is a slight modification of the Neumann eigenvalue problem used in the adaptive generalized Dryja-Smith-Widlund (AGDSW) coarse space. Both eigenvalue problems rely solely on local Dirichlet matrices, which can be extracted from the fully assembled system matrix. By combining arguments from multiscale and domain decomposition methods we derive a contrast-independent upper bound for the condition number.


翻译:双层域分解前提条件导致迭代解析器快速趋同和变异性。 但是,对于高度差异性的问题,对于高度差异性的问题,在数个可能非分离的缩放尺度上,因系数函数变化而变化迅速,先决条件系统的条件数目一般取决于系数函数导致趋同性下降的对比。用适合的本地精金值问题(也称为适应性或光谱粗糙空间)构建的粗差空间来强化方法,恢复了稳健的、对比性、不依赖性等离子体的趋同性趋同性。然而,这些超额价值问题通常依赖于非正数信息,因此适应性粗略的粗略空间不能从完全组合的系统矩阵矩阵中构建。在本文件中,新高额适应性适应性调整性偏差元素的变异性变异性变异性空间空间的变异性(我们从本地的变异性变异性变异性变异性变异性变异性变异性变异性变异性变异性了本地的变异性变异性变异性变异性变异性。

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