Multigrid is a powerful solver for large-scale linear systems arising from discretized partial differential equations. The convergence theory of multigrid methods for symmetric positive definite problems has been well developed over the past decades, while, for nonsymmetric problems, such theory is still not mature. As a foundation for multigrid analysis, two-grid convergence theory plays an important role in motivating multigrid algorithms. Regarding two-grid methods for nonsymmetric problems, most previous works focus on the spectral radius of iteration matrix or rely on convergence measures that are typically difficult to compute in practice. Moreover, the existing results are confined to two-grid methods with exact solution of the coarse-grid system. In this paper, we analyze the convergence of a two-grid method for nonsymmetric positive definite problems (e.g., linear systems arising from the discretizations of convection-diffusion equations). In the case of exact coarse solver, we establish an elegant identity for characterizing two-grid convergence factor, which is measured by a smoother-induced norm. The identity can be conveniently used to derive a class of optimal restriction operators and analyze how the convergence factor is influenced by restriction. More generally, we present some convergence estimates for an inexact variant of the two-grid method, in which both linear and nonlinear coarse solvers are considered.


翻译:Multigrid是来自离散部分差异方程式的大型线性系统的一个强大的解决方案。 过去几十年来,对称正肯定问题的多格性方法的趋同理论得到了很好的发展,而对于非对称问题,这种理论仍然不成熟。作为多格性分析的基础,二格性趋同理论在激励多格丽式算法方面起着重要作用。关于非对称问题的两个格性方法,以前大多数工作的重点是迭代矩阵的光谱半径,或依赖通常难以在实践中进行计算的统一措施。此外,现有结果限于具有粗略网状系统精确解决办法的双格方法。在本文中,我们分析非对称正态确定性问题的双格方法的趋同(例如,从对等式-集成方程式的离散化中产生的线性系统)。在精确的求解解中,我们为二格性趋同要素的特征设置了一个优雅的特征,这种特征可以很方便地以双格性趋同性方法来分析我们目前最优化的趋同性操作者和正式的线性模型。

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