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Article

Time-lag Derivative Convergence for Fixed Point Iterations

Andreas Griewank (1), Daniel Kressner (2)
(1) Institut für Mathematik [Humboldt]
(2) Department of Mathematics [Zagreb]
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Open on HAL
Imported on
March 16, 2005
Published on
September 28, 2005
Last modified on
March 31, 2025
Special issue 3
Volume 3, Special Issue CARI'04, november 2005
DOI
10.46298/arima.1837
License
https://about.hal.science/hal-authorisation-v1
104206
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Time-lag Derivative Convergence for Fixed Point Iterations

Andreas Griewank (1), Daniel Kressner (2)
(1) Institut für Mathematik [Humboldt]
(2) Department of Mathematics [Zagreb]
Abstract
English
In an earlier study it was proven and experimentally confirmed on a 2D Euler code that fixed point iterations can be differentiated to yield first and second order derivatives of implicit functions that are defined by state equations. It was also asserted that the resulting approximations for reduced gradients and Hessians converge with the same R-factor as the underlying fixed point iteration. A closer look reveals now that nevertheless these derivative values lag behind the functions in that the ratios of the corresponding errors grow proportional to the iteration counter or its square towards infinity. This rather subtle effect is caused mathematically by the occurrence of nontrivial Jordan blocks associated with degenerated eigenvalues. We elaborate the theory and report its confirmation through numerical experiments
French
Une étude antérieure a prouvé et vérifié expérimentalement sur un code Euler 2D que les calculs itératifs avec point fixe peuvent être différenciés pour obtenir les dérivées aux premier et deuxième ordres des fonctions implicites définies par des équations d'état. On considérait également que des itérées correspondantes des gradients et Hessiens réduits convergent à la même vitesse que l'itération de point fixe d'origine. Cette étude plus détaillée révèle néanmoins que ces dérivées convergent avec un certain retard par rapport aux valeurs de la fonction. En effet le rapport des erreurs correspondantes croît vers l'infini proportionnellement au compteur d'itérations ou à son carré. Mathématiquement, cet effet plutôt subtil est causé par l'apparition de blocs de Jordan correspondant à des valeurs propres dégénérées. Nous construisons un modèle théorique de cet effet et nous le validons par des expériences numériques.
Keywords
English
  • [INFO]Computer Science [cs]
  • [MATH]Mathematics [math]
  • convergence
  • Jordan block
  • Fixed point iteration
  • derivative
French
  • Méthode itérative de type point fixe
  • dérivatif
  • convergence
  • bloc de Jordan
Cited by

Source: OpenCitations

  • Pseudo-timestepping and verification for automatic differentiation derived CFD codes

    Computers & Fluids

    Authors : Faidon Christakopoulos, Dominic Jones, Jens-Dominik Müller

    Journal reference : Volume 46, 2011, pp. 174-179

    DOI : 10.1016/j.compfluid.2011.01.039
  • Extension of the One-Shot Method for Optimal Control with Unsteady PDEs

    Computational methods in applied sciences

    Authors : Stefanie Günther ORCID, Nicolas R. Gauger ORCID, Qiqi Wang ORCID

    Journal reference : Volume , 2014, pp. 127-142

    DOI : 10.1007/978-3-319-11541-2_8
  • Surrogate-Based and One-Shot Optimization Methods for PDE-Constrained Problems with an Application in Climate Models

    Springer proceedings in mathematics & statistics

    Authors : Thomas Slawig ORCID, Malte Prieß, Claudia Kratzenstein

    Journal reference : Volume , 2014, pp. 1-24

    DOI : 10.1007/978-3-319-08985-0_1
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