The main focus of this paper is the study of efficient multigrid methods for large linear systems with a particular saddle-point structure. Indeed, when the system matrix is symmetric, but indefinite, the variational convergence theory that is usually used to prove multigrid convergence cannot be directly applied. However, different algebraic approaches analyze properly preconditioned saddle-point problems, proving convergence of the Two-Grid method. In particular, this is efficient when the blocks of the coefficient matrix possess a Toeplitz or circulant structure. Indeed, it is possible to derive sufficient conditions for convergence and provide optimal parameters for the preconditioning of the saddle-point problem in terms of the associated generating symbols. In this paper, we propose a symbol-based convergence analysis for problems that have a hidden block Toeplitz structure. Then, they can be investigated focusing on the properties of the associated generating function f, which consequently is a matrix-valued function with dimension depending on the block size of the problem. As numerical tests we focus on the matrix sequence stemming from the finite element approximation of the Stokes problem. We show the efficiency of the methods studying the hidden 9-by-9 block multilevel structure of the obtained matrix sequence. Moreover, we propose an efficient algebraic multigrid method with convergence rate independent of the matrix size. Finally, we present several numerical tests comparing the results with state-of-the-art strategies.


翻译:本文的主要重点是研究具有特定支撑点结构的大型线性系统的有效多格方法。事实上,当系统矩阵是对称的,但却是无限期的时,通常用于证明多格趋同的变式趋同理论不能直接应用。然而,不同的代数法分析具有适当先决条件的马鞍问题,证明双格法的趋同。特别是,当系数矩阵的区块拥有托普利茨或环球结构时,这是有效的。事实上,有可能为趋同创造相关符号的临界点问题的先决条件创造足够的条件和提供最佳参数。在本文件中,我们建议对具有隐藏的托普利茨区块结构的问题进行基于符号的趋同分析。然后,可以对不同的代数法进行分析,侧重于相关生成功能的特性,从而是一种矩阵估值功能,其范围取决于问题的块大小。当我们集中研究来自斯托克斯问题定点要素近似的矩阵序列时,我们把研究隐藏的9比-9矩阵结构的多格号矩阵结构的效率展示了我们以若干独立数字矩阵结构对目前隐藏的多格号矩阵结构的比较方法。</s>

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