We design a monotone meshfree finite difference method for linear elliptic equations in the non-divergence form on point clouds via a nonlocal relaxation method. The key idea is a novel combination of a nonlocal integral relaxation of the PDE problem with a robust meshfree discretization on point clouds. Minimal positive stencils are obtained through a local $l_1$-type optimization procedure that automatically guarantees the stability and, therefore, the convergence of the meshfree discretization for linear elliptic equations. A major theoretical contribution is the existence of consistent and positive stencils for a given point cloud geometry. We provide sufficient conditions for the existence of positive stencils by finding neighbors within an ellipse (2d) or ellipsoid (3d) surrounding each interior point, generalizing the study for Poisson's equation by Seibold in 2008. It is well-known that wide stencils are in general needed for constructing consistent and monotone finite difference schemes for linear elliptic equations. Our result represents a significant improvement in the stencil width estimate for positive-type finite difference methods for linear elliptic equations in the near-degenerate regime (when the ellipticity constant becomes small), compared to previously known works in this area. Numerical algorithms and practical guidance are provided with an eye on the case of small ellipticity constant. At the end, we present numerical results for the performance of our method in both 2d and 3d, examining a range of ellipticity constants including the near-degenerate regime.


翻译:我们设计了一个单调网格差异法,用于通过非局部放松法,在点云上非调整式的线性椭圆方程式中,我们设计了一个单调网外网外线性差差法。 关键理念是将PDE问题的非局部整体放松与点云上的强度无网外分化的新组合。 通过一个本地的 $l_1美元类型的优化程序,可以自动保证稳定性,从而将线性椭圆方程式的网外分化趋同起来。 一个主要的理论贡献是,在点云几何法中存在一致和正正的螺旋。 我们为正的硬度线性线性调整提供了充分的条件, 在每处的椭圆(2d)或极地(3d)中找到邻居, 以非局部整体的网外线外线外线性关系, 以已知的硬性型内线性能计算出一个小的内线性平方程式。 众所周知, 我们的结果表明, 在近点云层的内线性平方程中, 以直径直径直径直径直径直径直方的平方的平方的平方程计算法方法, 。

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