In this work, we show that solvers of elliptic boundary value problems in $d$ dimensions can be approximated to accuracy $\epsilon$ from only $\mathcal{O}\left(\log(N)\log^{d}(N / \epsilon)\right)$ matrix-vector products with carefully chosen vectors (right-hand sides). The solver is only accessed as a black box, and the underlying operator may be unknown and of an arbitrarily high order. Our algorithm (1) has complexity $\mathcal{O}\left(N\log^2(N)\log^{2d}(N / \epsilon)\right)$ and represents the solution operator as a sparse Cholesky factorization with $\mathcal{O}\left(N\log(N)\log^{d}(N / \epsilon)\right)$ nonzero entries, (2) allows for embarrassingly parallel evaluation of the solution operator and the computation of its log-determinant, (3) allows for $\mathcal{O}\left(\log(N)\log^{d}(N / \epsilon)\right)$ complexity computation of individual entries of the matrix representation of the solver that in turn enables its recompression to an $\mathcal{O}\left(N\log^{d}(N / \epsilon)\right)$ complexity representation. As a byproduct, our compression scheme produces a homogenized solution operator with near-optimal approximation accuracy. We include rigorous proofs of these results, and to the best of our knowledge, the proposed algorithm achieves the best trade-off between accuracy $\epsilon$ and the number of required matrix-vector products of the original solver.


翻译:在这项工作中, 我们显示, 以美元为维度的椭圆边界问题解析器, 其解析器的解析器可以近似于 $\ epsilon $\ mathcal{ O\\ left( log)\ log} (N/ \ epsilon)\ right) 美元 。 解析器仅作为黑盒存取, 其下端操作器可能不为人知, 且顺序任意高。 我们的解算器(1) 具有复杂性 $mathcal{ left( N\ log2 N)\ log_ 2d} (N/ left( lift) $\ lift( lift) 美元( log_ local) 的精度, 并代表解析器的精度 。 解算器的原始交易( N/\ eplon) 和单个解算器的解算器, (cal_ droad_ral_ral_ road) road rodeal/ road=

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