Roundoff error problems have occurred frequently in interpolation methods of time-fractional equations, which can lead to undesirable results such as the failure of optimal convergence. These problems are essentially caused by catastrophic cancellations. Currently, a feasible way to avoid these cancellations is using the Gauss--Kronrod quadrature to approximate the integral formulas of coefficients rather than computing the explicit formulas directly for example in the L2-type methods. This nevertheless increases computational cost and arises additional integration errors. In this work, a new framework to handle catastrophic cancellations is proposed, in particular, in the computation of the coefficients for standard and fast L2-type methods on general nonuniform meshes. We propose a concept of $\delta$-cancellation and then some threshold conditions ensuring that $\delta$-cancellations will not happen. If the threshold conditions are not satisfied, a Taylor-expansion technique is proposed to avoid $\delta$-cancellation. Numerical experiments show that our proposed method performs as accurate as the Gauss--Kronrod quadrature method and meanwhile much more efficient. This enables us to complete long time simulations with hundreds of thousands of time steps in short time.


翻译:在时间折中方程式的内插方法中经常出现四轮误差问题,这可能导致不理想的结果,例如最佳趋同失败。这些问题主要是灾难性取消的结果。目前,避免取消这些取消的可行办法,是使用高斯-克龙罗德二次曲线来接近系数整体公式,而不是直接计算诸如L2-类型方法等明确公式。但这增加了计算成本,并产生了额外的整合错误。在这项工作中,提出了处理灾难性取消的新框架,特别是在计算标准与快速L2-型方法的系数时,一般非统一模件模件的L2-型方法。我们提出了一个美元计算取消概念,然后提出一些临界条件,确保美元不发生计算。如果门槛条件不能满足,则提议泰勒解释技术,以避免美元/德尔塔元的取消。新实验表明,我们提出的方法与高斯-克龙罗德二次曲线方法一样准确,在近百年的短时间里进行模拟。这样,我们就能长期地用上千个步骤来模拟。

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