Large linear systems of saddle-point type have arisen in a wide variety of applications throughout computational science and engineering. The discretizations of distributed control problems have a saddle-point structure. The numerical solution of saddle-point problems has attracted considerable interest in recent years. In this work, we propose a novel Braess-Sarazin multigrid relaxation scheme for finite element discretizations of the distributed control problems, where we use the stiffness matrix obtained from the five-point finite difference method for the Laplacian to approximate the inverse of the mass matrix arising in the saddle-point system. We apply local Fourier analysis to examine the smoothing properties of the Braess-Sarazin multigrid relaxation. From our analysis, the optimal smoothing factor for Braess-Sarazin relaxation is derived. Numerical experiments validate our theoretical results. The relaxation scheme considered here shows its high efficiency and robustness with respect to the regularization parameter and grid size.


翻译:在整个计算科学和工程中,在各种应用中产生了大型的线性马鞍型系统。分布式控制问题的分解有一个马鞍点结构。马鞍点问题的数字解决办法近年来引起了相当大的兴趣。在这项工作中,我们提议了一个新颖的Braess-Sarazin多格丽特放松计划,用于分配式控制问题的有限元素分解,我们利用从五点差法获得的硬度矩阵,以接近马鞍点系统中产生的质量矩阵的反差。我们应用本地的Fourier分析来审查布赖斯-萨拉津多格罗放松的平滑性能。从我们的分析中,得出了布拉斯-萨拉津放松的最佳顺畅因素。数字实验证实了我们的理论结果。这里考虑的放松计划显示了它在规范参数和网格大小方面的高效率和稳健度。

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