The research of two-level overlapping Schwarz (TL-OS) method based on constrained energy minimizing coarse space is still in its infancy, and there exist some defects, e.g. mainly for second order elliptic problem and too heavy computational cost of coarse space construction. In this paper, by introducing appropriate assumptions, we propose more concise coarse basis functions for general Hermitian positive and definite discrete systems, and establish the algorithmic and theoretical frameworks of the corresponding TL-OS methods. Furthermore, to enhance the practicability of the algorithm, we design two economical TL-OS preconditioners and prove the condition number estimate. As the first application of the frameworks, we prove that the assumptions hold for the linear finite element discretization of second order elliptic problem with high contrast and oscillatory coefficient and the condition number of the TL-OS preconditioned system is robust with respect to the model and mesh parameters. In particular, we also prove that the condition number of the economically preconditioned system is independent of the jump range under a certain jump distribution. Experimental results show that the first kind of economical preconditioner is more efficient and stable than the existed one. Secondly, we construct TL-OS and the economical TL-OS preconditioners for the plane wave least squares discrete system of Helmholtz equation by using the frameworks. The numerical results for homogeneous and non-homogeneous cases illustrate that the PCG method based on the proposed preconditioners have good stability in terms of the angular frequency, mesh parameters and the number of degrees of freedom in each element.
翻译:基于限制能源以尽量减少粗差空间的双层重叠Schwarz(TL-OS)方法的研究仍处于初级阶段,存在一些缺陷,例如,主要针对第二顺序椭圆问题和粗差空间建设的过高计算成本。在本文中,我们通过提出适当的假设,建议对通用的Hermitian正离散系统采用更简洁的粗略基础功能,并建立相应的TL-OS方法的算法和理论框架。此外,为了提高算法的实用性,我们设计了两个经济的TL-OS先决条件参数,并证明了条件数的估计。作为每个框架的首次应用,我们证明对第二顺序椭圆差问题线性要素的假设具有一定的离散性性要素,与高对比和悬浮系数以及TL系统先决条件条件的设定值是相当的。我们还特别证明,基于经济基础的系统的条件数目与某种跳幅分布下的跳升幅度是独立的。实验结果表明,在TOS的首类经济弹性前提值中,T-OS标准值中,以最稳定、最稳定的方式,以最稳定的方式,以最稳定的方式,以最稳定的方式,以最稳定的方式,以最稳定的方式,以最稳定的方式,以最稳定的方式,以最稳定的方式,以最稳定的方式,以最稳定的方式,以最稳定的方式,以最稳定的方式,以最稳定的方式,以最稳定的方式,以最稳定的方式,以最稳定的方式,以最稳定的方式,以最稳定的方式,以最稳定的方式,以最稳定的方式,以最稳定的方式,以最稳定的方式,以最稳定的方式,以最稳定的方式,以最稳定的方式,以最稳定的方式,以最稳定的方式,以最稳定的方式,以最稳定的方式,以最稳定的方式,以最稳定的方式,以最稳定的方式,以最稳定的方式,以最稳定的方式,以最稳定的方式,以最稳定的方式,以最稳定的方式,以最稳定的方式,以最稳定的方式,以最稳定的方式,以最稳定的方式,以最稳定的方式,最稳定的方式,以最稳定的方式,以最稳定的方式,以最稳定的方式,以最稳定的方式,以最稳定的方式,以最稳定的方式,以最稳定的方式,以最稳定的方式,以最稳定的方式,以最稳定的方式,在最稳定的方式,以最稳定的方式,在最稳定的TOS的