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Stability properties of a projector-splitting scheme for dynamical low rank approximation of random parabolic equations

Résumé

We consider the Dynamical Low Rank (DLR) approximation of random parabolic equations and propose a class of fully discrete numerical schemes. Similarly to the continuous DLR approximation, our schemes are shown to satisfy a discrete variational formulation. By exploiting this property, we establish stability of our schemes: we show that our explicit and semi-implicit versions are conditionally stable under a "parabolic" type CFL condition which does not depend on the smallest singular value of the DLR solution; whereas our implicit scheme is unconditionally stable. Moreover, we show that, in certain cases, the semi-implicit scheme can be unconditionally stable if the randomness in the system is sufficiently small. Furthermore, we show that these schemes can be interpreted as projector-splitting integrators and are strongly related to the scheme proposed in [29, 30], to which our stability analysis applies as well. The analysis is supported by numerical results showing the sharpness of the obtained stability conditions.

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Chicken (Scheme implementation)
Chicken (stylized as CHICKEN) is a programming language, specifically a compiler and interpreter which implement a dialect of the programming language Scheme, and which compiles Scheme source code to standard C. It is mostly R5RS compliant and offers many extensions to the standard. The newer R7RS standard is supported through an extension library. Chicken is free and open-source software available under a BSD license. It is implemented mostly in Scheme, with some parts in C for performance or to make embedding into C programs easier.
Stabilité de Liapounov
En mathématiques et en automatique, la notion de stabilité de Liapounov (ou, plus correctement, de stabilité au sens de Liapounov) apparaît dans l'étude des systèmes dynamiques. De manière générale, la notion de stabilité joue également un rôle en mécanique, dans les modèles économiques, les algorithmes numériques, la mécanique quantique, la physique nucléaire Un exemple typique de système stable au sens de Liapounov est celui constitué d'une bille roulant sans frottement au fond d'une coupelle ayant la forme d'une demi-sphère creuse : après avoir été écartée de sa position d'équilibre (qui est le fond de la coupelle), la bille oscille autour de cette position, sans s'éloigner davantage : la composante tangentielle de la force de gravité ramène constamment la bille vers sa position d'équilibre.
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