Fueled by many applications in random processes, imaging science, geophysics, etc., fractional Laplacians have recently received significant attention. The key driving force behind the success of this operator is its ability to capture non-local effects while enforcing less smoothness on functions. In this paper, we introduce a spectral method to approximate this operator employing a sinc basis. Using our scheme, the evaluation of the operator and its application onto a vector has complexity of $\mathcal O(N\log(N))$ where $N$ is the number of unknowns. Thus, using iterative methods such as CG, we provide an efficient strategy to solve fractional partial differential equations with exterior Dirichlet conditions on arbitrary Lipschitz domains. Our implementation works in both $2d$ and $3d$. We also recover the FEM rates of convergence on benchmark problems. We further illustrate the efficiency of our approach by applying it to fractional Allen-Cahn and image denoising problems.


翻译:在随机过程、成像科学、地球物理学等许多应用的推动下,分层拉平板工艺最近受到极大关注,该操作员成功的关键动力是它能够捕捉非局部效应,同时在功能上执行不那么平滑。在本文中,我们采用光谱方法,使用有理的法理来接近该操作员。利用我们的计划,对操作员及其在矢量上的应用,其复杂性为$mathcal O(N\log(N))美元,其中N$是未知数。因此,我们利用CG等迭接方法,提供了一种有效的战略,用任意的利普施茨域的外部分层条件解决分部分方程式。我们的实施工作以2d$和3d$进行。我们还恢复了FEM在基准问题上的趋同率。我们通过将它应用于分数艾伦-卡赫(Allen)和图像解析问题来进一步说明我们的方法的效率。

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