Parareal is a well-studied algorithm for numerically integrating systems of time-dependent differential equations by parallelising the temporal domain. Given approximate initial values at each temporal sub-interval, the algorithm locates a solution in a fixed number of iterations using a predictor-corrector, stopping once a tolerance is met. This iterative process combines solutions located by inexpensive (coarse resolution) and expensive (fine resolution) numerical integrators. In this paper, we introduce a \textit{stochastic parareal} algorithm with the aim of accelerating the convergence of the deterministic parareal algorithm. Instead of providing the predictor-corrector with a deterministically located set of initial values, the stochastic algorithm samples initial values from dynamically varying probability distributions in each temporal sub-interval. All samples are then propagated by the numerical method in parallel. The initial values yielding the most continuous (smoothest) trajectory across consecutive sub-intervals are chosen as the new, more accurate, set of initial values. These values are fed into the predictor-corrector, converging in fewer iterations than the deterministic algorithm with a given probability. The performance of the stochastic algorithm, implemented using various probability distributions, is illustrated on systems of ordinary differential equations. When the number of sampled initial values is large enough, we show that stochastic parareal converges almost certainly in fewer iterations than the deterministic algorithm while maintaining solution accuracy. Additionally, it is shown that the expected value of the convergence rate decreases with increasing numbers of samples.


翻译:paralreal 是一个通过平行时间域来对基于时间的差别方程式进行数字整合的算法。 根据每个时间子间隔度的初始值, 算法将解决方案定位在使用预测器- 校正器的固定迭代数中, 一旦满足了容忍度, 就会停止。 此迭代进程将廉价( 粗分辨率) 和昂贵( 分辨率) 数字聚合器的解决方案结合起来。 在本文中, 我们引入了一种计算法, 目的是加速确定性准变异算法的趋同。 根据每个时间间间隔度的近似初始值, 算法将一个解决方案定位器- 的初始值定位值定位为一组确定性定位的初始值。 预测性算法的初始值将一个解决方案标定值- 。 预测性算法的初始值将来自每个时间间隔断器的动态不同概率分布分布。 所有样本都同时通过数字方法传播。 初始值中最连续的( mothest) 轨迹是新的、 更准确的初始数值集。 这些值被输入到预测性变异值的预测性值的预测性, 递归正值的递增到一个几乎的递增的递增的预算法中, 的递增的预算法将显示中, 的数值将显示的概率值将显示的递增到一个比的递增到一个比的概率值。

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