In this work, we show that solvers of elliptic boundary value problems in $d$ dimensions can be approximated to accuracy $\epsilon$ from only $O\left(\log(N)\log^{d}(N / \epsilon)\right)$ matrix-vector products with carefully chosen vectors (right-hand sides). The solver is only accessed as a black box, and the underlying operator may be unknown and of an arbitrarily high order. Our algorithm (1) has complexity $O\left(N\log^2(N)\log^{2d}(N / \epsilon)\right)$ and represents the solution operator as a sparse Cholesky factorization with $O\left(N\log(N)\log^{d}(N / \epsilon)\right)$ nonzero entries, (2) allows for embarrassingly parallel evaluation of the solution operator and the computation of its log-determinant, (3) allows for $O\left(\log(N)\log^{d}(N / \epsilon)\right)$ complexity computation of individual entries of the matrix representation of the solver that, in turn, enables its recompression to an $O\left(N\log^{d}(N / \epsilon)\right)$ complexity representation. As a byproduct, our compression scheme produces a homogenized solution operator with near-optimal approximation accuracy. By polynomial approximation, we can also approximate the continuous Green's function (in operator and Hilbert-Schmidt norm) to accuracy $\epsilon$ from $O\left(\log^{1 + d}\left(\epsilon^{-1}\right)\right)$ solutions of the PDE. We include rigorous proofs of these results. To the best of our knowledge, our algorithm achieves the best-known trade-off between accuracy $\epsilon$ and the number of required matrix-vector products.


翻译:在这项工作中, 我们显示, 以美元维度计算的椭圆边界问题解析器可以近似于从$Oleft (N)\\ log\ log\ d}(N /\\ epsilon)\ right) 中精选矢量( 右侧) 的磁盘- 矢量产品。 解析器只能作为黑盒存取, 底端操作器可能是未知的任意高顺序 。 我们的算法(1) 复杂 $left (N\ log2, N)\ log2d} (N / epsilon)\ right), 并代表解析操作器( $\ lift( N) rlog\ littlex) 的稀释因素。 解析器的解析器( listal- liver) 包括解算器的精度( lix- deal- deternant) 和 Ral- ral- deal- droisal- demodeal- demodeal- sal- sal- sal- sal- sal- demotional- demodemodeal- sal- demotional- sal- sal- sal- sal- sal- sal- sal- sal- pal- setal- sal- sal- sal- sal- pal- sal- exmmmal- sal- sal- exmtional- smtional- smtional- sal- sal- setmental- sal- sal- sal- sal- sal- sal- sal- sal- setmental- sal- sal- sal- sal- sal- setal- setal- sal- sal- sal- sal- sal- setal- sal- sal- setal- sal- sal- sal- sal- sal- sal- sal- setal- sal- sal- sal- setal- setal- setal- sal- setal- setal- set

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