In the literature, there exist several studies on symbol-based multigrid methods for the solution of linear systems having structured coefficient matrices. In particular, the convergence analysis for such methods has been obtained in an elegant form in the case of Toeplitz matrices generated by a scalar-valued function. In the block-Toeplitz setting, that is, in the case where the matrix entries are small generic matrices instead of scalars, some algorithms have already been proposed regarding specific applications and a first rigorous convergence analysis has been performed in [7]. However, with the existent symbol-based theoretical tools, it is still not possible to prove the convergence of many multigrid methods known in the literature. This paper aims to generalize the previous results giving more general sufficient conditions on the symbol of the grid transfer operators.In particular, we treat matrix-valued trigonometric polynomials which can be non-diagonalizable and singular at all points and we express the new conditions in terms of the eigenvectors associated with the ill-conditioned subspace. Moreover, we extend the analysis to the V-cycle method proving a linear convergence rate under stronger conditions, which resemble those given in the scalar case. In order to validate our theoretical findings, we present a classical block structured problem stemming from a FEM approximation of a second order differential problem. We focus on two multigrid strategies that use the geometric and the standard bisection grid transfer operators and we prove that both fall into the category of projectors satisfying the proposed conditions. In addition, using a tensor product argument, we provide a strategy to construct efficient V-cycle procedures in the block multilevel setting.


翻译:在文献中,对基于符号的多格方法进行了一些研究,以解决有结构系数矩阵的线性系统的方法,对基于符号的线性系统的结构化系数矩阵进行了一些研究,特别是,对托普利茨基矩阵的合并分析以优美的形式在由一个斜面值函数生成的托普利茨基质中取得了优美的形式。在块状托普利茨环境中,即在矩阵条目为小型通用矩阵而不是卡路里的情况下,已经就具体应用提出了一些算法,并在[7]中进行了首次严格的趋同分析。然而,由于存在基于符号的理论工具,仍然无法证明文献中已知的许多多格利特方法的趋同性。本文旨在概括以前的结果,为电网传输操作员的标志提供了更加普遍的条件。 特别是,如果矩阵估值为三角矩阵的三角矩阵,则在所有点上都是非透面值和奇数的,我们用与不完善的子空间有关的精度指数化因素表示新的条件。此外,我们把这一分析扩大到V-循环方法的多格化方法在文献中的多格化战略中,我们用了一个更精确的平面级平面级计算,我们用了一个更精确的轨道级的轨道级的模型的模型, 将一个更精确的顺序,从而提供了一种更精确的顺序,从而提供了一种更精确的模型的模型的顺序, 。

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