Journal of the Korean Society for Industrial and Applied Mathematics
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제24권2호
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pp.161-197
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2020
Total variation minimization is standard in mathematical imaging and there have been numerous researches over the last decades. In order to process large-scale images in real-time, it is essential to design parallel algorithms that utilize distributed memory computers efficiently. The aim of this paper is to illustrate recent advances of domain decomposition methods for total variation minimization as parallel algorithms. Domain decomposition methods are suitable for parallel computation since they solve a large-scale problem by dividing it into smaller problems and treating them in parallel, and they already have been widely used in structural mechanics. Differently from problems arising in structural mechanics, energy functionals of total variation minimization problems are in general nonlinear, nonsmooth, and nonseparable. Hence, designing efficient domain decomposition methods for total variation minimization is a quite challenging issue. We describe various existing approaches on domain decomposition methods for total variation minimization in a unified view. We address how the direction of research on the subject has changed over the past few years, and suggest several interesting topics for further research.
We present a domain decomposition algorithm for solving large sparse linear systems of equations arising from queuing networks. Such techniques are attractive since the problems in subdomains can be solved independently by parallel processors. Many of the methods proposed so far use some form of the preconditioned conjugate gradient method to deal with one large interface problem between subdomains. However, in this paper, we propose a "nested" domain decomposition method where the subsystems governing the interfaces are small enough so that they are easily solvable by direct methods on machines with many parallel processors. Convergence of the algorithms is also shown.lso shown.
Journal of the Korean Society for Industrial and Applied Mathematics
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제26권4호
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pp.323-332
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2022
This paper presents a numerical study on multigrid algorithms of V-cycle type for problems posed in the Hilbert space H(curl) in three dimensions. The multigrid methods are designed for discrete problems originated from the discretization using the hexahedral Nédélec edge element of the lowest-order. Our suggested methods are associated with smoothers constructed by substructuring based on domain decomposition methods of nonoverlapping type. Numerical experiments to demonstrate the robustness and the effectiveness of the suggested algorithms are also provided.
We propose V-cycle multigrid methods for vector field problems arising from the lowest order hexahedral Nédélec finite element. Since the conventional scalar smoothing techniques do not work well for the problems, a new type of smoothing method is necessary. We introduce new smoothers based on substructuring with nonoverlapping domain decomposition methods. We provide the convergence analysis and numerical experiments that support our theory.
We consider the iterative schemes for the large sparse linear system to solve partial differential equations. Using spectral radius of iteration matrices, the optimal relaxation parameters and good parameters can be obtained. With those parameters we compare the effectiveness of the SOR and SSOR algorithms. Applying Crank-Nicolson approximation, we observe the error distribution according to domain decomposition. The number of processors due to domain decomposition affects time and error. Numerical experiments show that effectiveness of SOR and SSOR can be reversed as time size varies, which is not the usual case. Finally, these phenomena suggest conjectures about equilibrium time grid for SOR and SSOR.
Structural system identification (SSI) is an inverse problem of difficult solution. Currently, difficulties lie in the development of algorithms which can cater to large size problems. In this paper, a parameter estimation technique based on evolutionary strategy is presented to overcome some of the difficulties encountered in using the traditional system identification methods in terms of convergence. In this paper, a non-traditional form of system identification technique employing evolutionary algorithms is proposed. In order to improve the convergence characteristics, it is proposed to employ immune algorithms which are proved to be built with superior diversification mechanism than the conventional evolutionary algorithms and are being used for several practical complex optimisation problems. In order to reduce the number of design variables, domain decomposition methods are used, where the identification process of the entire structure is carried out in multiple stages rather than in single step. The domain decomposition based methods also help in limiting the number of sensors to be employed during dynamic testing of the structure to be identified, as the process of system identification is carried out in multiple stages. A fifteen storey framed structure, truss bridge and 40 m tall microwave tower are considered as a numerical examples to demonstrate the effectiveness of the domain decomposition based structural system identification technique using immune algorithm.
In this paper, a non-overlapping rectangular domain decomposition method is presented in order to numerically solve two-dimensional telegraph equations. The method is unconditionally stable and efficient. Spectral radius of the iteration matrix and convergence rate of the method are provided theoretically and confirmed numerically by MATLAB. Numerical experiments of examples are compared with several methods.
A new preconditioning method is investigated to reduce the roundoff error in computing derivatives using Chebyshev col-location methods(CCM). Using this preconditioning causes ration of roundoff error of preconditioning method and CCm becomes small when N gets large. Also for accuracy enhancement of differentiation we use a domain decomposition approach. Error analysis shows that for this domain decomposition method error reduces proportional to the length of subintervals. Numerical results show that using domain decomposition and preconditioning simultaneously gives super accu-rate approximate values for first derivative of the function and good approximate values for moderately high derivatives.
In this study an advanced domain decomposition method is suggested in order to construct surface models from very large amount of points. In this method the spatial domain of interest that is occupied by the input set of points is divided in repetitive manner. First, the space is divided into smaller domains where the problem can be solved independently. Then each subdomain is again divided into much smaller domains where the problem can be solved locally. These local solutions of subdivided domains are blended together to obtain a solution of each subdomain using partition of unity function. Then the solutions of subdomains are merged together in order to construct whole surface model. The suggested methods are conceptually very simple and easy to implement. Since RDDM(Repetitive Domain Decomposition Method) is effective in the computation time and memory consumption, the present study is capable of providing a fast and accurate reconstructions of complex shapes from large amount of point data containing millions of points. The effectiveness and validity of the suggested methods are demonstrated by performing numerical experiments for the various types of point data.
We pay attention to a coupled problem by a penalty term which is induced from non-overlapping domain decomposition methods based on augmented Lagrangian methodology. The coupled problem is composed by two parts mainly; one is a problem associated with local problems in non-overlapping subdomains and the other is a coupled part over all subdomains due to the penalty term. For the speedup of iterative solvers for the coupled problem, we propose two different types of preconditioners: a block-diagonal preconditioner and an additive Schwarz preconditioner as overlapping domain decomposition methods. We analyze the coupled problem and the preconditioned problems in terms of their condition numbers. Finally we present numerical results which show the performance of the proposed methods.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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