An inverse problem of finding an unknown heat source for a class of linear parabolic equations is considered. Such problems can typically be converted to a direct problem with non-local conditions in time instead of an initial value problem. Standard ways of solving these non-local problems include direct temporal and spatial discretization as well as the shooting method, which may be computationally expensive in higher dimensions. In the present article, we present approaches based on low-rank approximation via Arnoldi algorithm to bypass the computational limitations of the mentioned classical methods. Regardless of the dimension of the problem, we prove that the Arnoldi approach can be effectively used to turn the inverse problem into a simple initial value problem at the cost of only computing one-dimensional matrix functions while still retaining the same accuracy as the classical approaches. Numerical results in dimensions d=1,2,3 are provided to validate the theoretical findings and to demonstrate the efficiency of the method for growing dimensions.


翻译:对于为某类线性抛物线式方程式寻找未知热源的反面问题进行了审议,这些问题通常会转化为与非本地条件的直接问题,而不是最初的价值问题。解决这些非本地问题的标准方法包括直接的时间和空间分解以及射击方法,这些方法在较高层面的计算上可能非常昂贵。在本篇文章中,我们通过Arnoldi 算法提出了基于低级近似法的方法,以绕过上述古典方法的计算局限性。不管问题涉及什么层面,我们证明阿诺迪方法可以有效地将反向问题转化为简单的初始价值问题,代价是只计算一维矩阵功能,同时保留与传统方法相同的精确度。D=1,2,3 提供了数值结果,用于验证理论结论,并展示方法在日益扩大的维度方面的效率。

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