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2015 | OriginalPaper | Buchkapitel

Matrix-Free Iterative Processes for Implementation of Implicit Runge–Kutta Methods

verfasst von : Boris Faleichik, Ivan Bondar

Erschienen in: Finite Difference Methods,Theory and Applications

Verlag: Springer International Publishing

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Abstract

In this work we present so-called generalized Picard iterations (GPI) – a family of iterative processes which allows to solve mildly stiff ODE systems using implicit Runge–Kutta (IRK) methods without storing and inverting Jacobi matrices. The key idea is to solve nonlinear equations arising from the base IRK method by special iterative process based on the idea of artificial time integration. By construction these processes converge for all asymptotically stable linear ODE systems and all A-stable base IRK methods at arbitrary large time steps. The convergence rate is limited by the value of “stiffness ratio”, but not by the value of Lipschitz constant of Jacobian. The computational scheme is well suited for parallelization on systems with shared memory. The presented numerical results exhibit that the proposed GPI methods in case of mildly stiff problems can be more advantageous than traditional explicit RK methods.

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Fußnoten
1
We use this kind of optimization mostly for simplicity reasons. Of course, in general case this condition does not imply \(|R(z)|<1\ \forall z\in {\varOmega }\), so special care should be taken here.
 
Literatur
1.
Zurück zum Zitat Faleichik, B., Bondar, I., Byl, V.: Generalized Picard iterations: a class of iterated Runge-Kutta methods for stiff problems. J. Comp. Appl. Math. 262, 37–50 (2013)MathSciNetCrossRef Faleichik, B., Bondar, I., Byl, V.: Generalized Picard iterations: a class of iterated Runge-Kutta methods for stiff problems. J. Comp. Appl. Math. 262, 37–50 (2013)MathSciNetCrossRef
2.
Zurück zum Zitat Faleichik, B.V.: Explicit implementation of collocation methods for stiff systems with complex spectrum. J. Numer. Anal. 5(1–2), 49–59 (2010)MathSciNet Faleichik, B.V.: Explicit implementation of collocation methods for stiff systems with complex spectrum. J. Numer. Anal. 5(1–2), 49–59 (2010)MathSciNet
3.
Zurück zum Zitat Hairer, E., Wanner, G.: Solving ordinary differential equations II. In: Hairer, E., Wanner, G. (eds.) Stiff and Differential-Algebraic Problems, 2nd edn. Springer, Heidelberg (1996) Hairer, E., Wanner, G.: Solving ordinary differential equations II. In: Hairer, E., Wanner, G. (eds.) Stiff and Differential-Algebraic Problems, 2nd edn. Springer, Heidelberg (1996)
Metadaten
Titel
Matrix-Free Iterative Processes for Implementation of Implicit Runge–Kutta Methods
verfasst von
Boris Faleichik
Ivan Bondar
Copyright-Jahr
2015
DOI
https://doi.org/10.1007/978-3-319-20239-6_17