We introduce a software package called HIFIR for preconditioning sparse, unsymmetric, ill-conditioned, and potentially singular systems. HIFIR computes a hybrid incomplete factorization, which combines multilevel incomplete LU factorization with a truncated, rank-revealing QR factorization on the final Schur complement. This novel hybridization is based on the new theory of approximate generalized inverse and $\epsilon$-accuracy. It enables near-optimal preconditioners for consistent systems and enables flexible GMRES to solve inconsistent systems when coupled with iterative refinement. In this paper, we focus on some practical algorithmic and software issues of HIFIR. In particular, we introduce a new inverse-based rook pivoting into ILU, which improves the robustness and the overall efficiency for some ill-conditioned systems by significantly reducing the size of the final Schur complement for some systems. We also describe the software design of HIFIR in terms of its efficient data structures for supporting rook pivoting in a multilevel setting, its template-based generic programming interfaces for mixed-precision real and complex values in C++, and its user-friendly high-level interfaces in MATLAB and Python. We demonstrate the effectiveness of HIFIR for ill-conditioned or singular systems arising from several applications, including the Helmholtz equation, linear elasticity, stationary incompressible Navier--Stokes equations, and time-dependent advection-diffusion equation.


翻译:我们引入了一个软件包,称为HIFIR, 用于为稀少、不对称、不完善和潜在单一的系统设定先决条件。 HIFIR 计算了一个混合的不完全的因子化,它把多级不完全LU因子化与最后Schur 补充中截断的、按级递录的QR因子化结合起来。这个新颖的混合化基于一种新理论,即大致普遍反向和美元等值的理论;它为一致的系统提供了近乎最佳的前提条件,并使得具有灵活性的GMRES能够在迭接完善的同时解决不一致的系统。在本文件中,我们侧重于一些实际的不完全不完全的算法和软件化的因子化的因子化和软件问题。 特别是,我们向ILU引入了一个新的反向反基的转动因子因子因子化的因子化的因子素和美元-普西朗基元($isl)补金结构的软件设计,我们还描述了在多级设置中支持旋转的系统, 其基于模板的通用的、基于通用的、通用的、通用的、通用的和软件界面-直流-直径化-直径流-直方-直方-直方-直方-直方-直方-直方-直方-直方-直方-直方-直方-直方-直方-直方-直方-直方-直方-直方-直方-直方-直方-直方-直方-直方-直方-直方-直方-直方-直方-直方-直方-直方-直方-直方-直方-直的系统-直方-直的系统-直-直-直-直-直-直-直-直-直-直-直-直-直-直-直-直-直-直-直-直-直-直-直-直-直-直-直-直-直-直-直-直-直-直-直-直-直-直-直-直-直-直-直-直-直-直-直-直-直-直-直-直-直-直-直-直-直-直-直-直-直-直-直-

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