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[Krylov_multi.git] / krylov_multi.tex
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@@ -14,6 +14,7 @@
 
 
 \title{A scalable multisplitting algorithm for solving large sparse linear systems} 
 
 
 \title{A scalable multisplitting algorithm for solving large sparse linear systems} 
+\date{}
 
 
 
 
 
 
@@ -28,7 +29,7 @@
 
 
 \begin{abstract}
 
 
 \begin{abstract}
-In  this  paper we  revist  the  krylov  multisplitting algorithm  presented  in
+In  this paper  we  revisit  the krylov  multisplitting  algorithm presented  in
 \cite{huang1993krylov}  which  uses  a  scalar  method to  minimize  the  krylov
 iterations computed by a multisplitting algorithm. Our new algorithm is based on
 a  parallel multisplitting  algorithm  with few  blocks  of large  size using  a
 \cite{huang1993krylov}  which  uses  a  scalar  method to  minimize  the  krylov
 iterations computed by a multisplitting algorithm. Our new algorithm is based on
 a  parallel multisplitting  algorithm  with few  blocks  of large  size using  a
@@ -206,9 +207,9 @@ is solved  independently by a cluster of  processors and communication
 are required  to update the  right-hand side vectors $Y_l$,  such that
 the  vectors  $X_i$  represent   the  data  dependencies  between  the
 clusters. In this work,  we use the parallel GMRES method~\cite{ref34}
 are required  to update the  right-hand side vectors $Y_l$,  such that
 the  vectors  $X_i$  represent   the  data  dependencies  between  the
 clusters. In this work,  we use the parallel GMRES method~\cite{ref34}
-as     an     inner    iteration     method     for    solving     the
+as     an     inner      iteration     method     to     solve     the
 sub-systems~(\ref{sec03:eq03}).  It  is a well-known  iterative method
 sub-systems~(\ref{sec03:eq03}).  It  is a well-known  iterative method
-which  gives good performances  for solving  sparse linear  systems in
+which  gives good performances  to solve  sparse linear  systems in
 parallel on a cluster of processors.
 
 It should be noted that  the convergence of the inner iterative solver
 parallel on a cluster of processors.
 
 It should be noted that  the convergence of the inner iterative solver
@@ -234,7 +235,10 @@ S=\{x^1,x^2,\ldots,x^s\},~s\leq n,
 \label{sec03:eq04}
 \end{equation}
 where   for  $j\in\{1,\ldots,s\}$,  $x^j=[X_1^j,\ldots,X_L^j]$   is  a
 \label{sec03:eq04}
 \end{equation}
 where   for  $j\in\{1,\ldots,s\}$,  $x^j=[X_1^j,\ldots,X_L^j]$   is  a
-solution of the  global linear system. The advantage  of such a  Krylov subspace is  that we need  neither an orthogonal basis  nor synchronizations between  the different clusters to generate this basis.
+solution of the  global linear system. The advantage  of such a Krylov
+subspace   is  that   we  need   neither  an   orthogonal   basis  nor
+synchronizations  between  the  different  clusters to  generate  this
+basis.
 
 The  multisplitting   method  is  periodically   restarted  every  $s$
 iterations  with   a  new  initial   guess  $\tilde{x}=S\alpha$  which
 
 The  multisplitting   method  is  periodically   restarted  every  $s$
 iterations  with   a  new  initial   guess  $\tilde{x}=S\alpha$  which
@@ -256,12 +260,12 @@ which is associated with the least squares problem
 \text{minimize}~\|b-R\alpha\|_2,
 \label{sec03:eq07}
 \end{equation}  
 \text{minimize}~\|b-R\alpha\|_2,
 \label{sec03:eq07}
 \end{equation}  
-where  $R^T$  denotes the  transpose  of  the  matrix $R$.  Since  $R$
-(i.e.  $AS$) and  $b$  are  split among  $L$  clusters, the  symmetric
-positive    definite    system~(\ref{sec03:eq06})    is   solved    in
-parallel. Thus, an  iterative method would be more  appropriate than a
-direct  one for  solving this  system. We  use the  parallel conjugate
-gradient method for the normal equations CGNR~\cite{S96,refCGNR}.
+where $R^T$ denotes the transpose  of the matrix $R$.  Since $R$ (i.e.
+$AS$) and  $b$ are  split among $L$  clusters, the  symmetric positive
+definite  system~(\ref{sec03:eq06}) is  solved in  parallel.  Thus, an
+iterative method would be more  appropriate than a direct one to solve
+this system.  We use  the parallel conjugate  gradient method  for the
+normal equations CGNR~\cite{S96,refCGNR}.
 
 \begin{algorithm}[!t]
 \caption{A two-stage linear solver with inner iteration GMRES method}
 
 \begin{algorithm}[!t]
 \caption{A two-stage linear solver with inner iteration GMRES method}
@@ -301,16 +305,16 @@ gradient method for the normal equations CGNR~\cite{S96,refCGNR}.
 \label{algo:01}
 \end{algorithm}
 
 \label{algo:01}
 \end{algorithm}
 
-The main  key points  of the multisplitting  method for  solving large
-sparse  linear  systems are  given  in Algorithm~\ref{algo:01}.   This
+The  main key points  of the  multisplitting method  to solve  a large
+sparse  linear  system  are  given in  Algorithm~\ref{algo:01}.   This
 algorithm is based on a two-stage method with a minimization using the
 GMRES iterative method as an  inner solver. It is executed in parallel
 by  each cluster  of processors.   The matrices  and vectors  with the
 subscript  $l$ represent  the local  data for  the cluster  $l$, where
 $l\in\{1,\ldots,L\}$. The two-stage solver uses two different parallel
 algorithm is based on a two-stage method with a minimization using the
 GMRES iterative method as an  inner solver. It is executed in parallel
 by  each cluster  of processors.   The matrices  and vectors  with the
 subscript  $l$ represent  the local  data for  the cluster  $l$, where
 $l\in\{1,\ldots,L\}$. The two-stage solver uses two different parallel
-iterative algorithms: the GMRES method for solving each splitting on a
+iterative algorithms:  the GMRES method  to solve each splitting  on a
 cluster of processors, and the CGNR method executed in parallel by all
 cluster of processors, and the CGNR method executed in parallel by all
-clusters for  minimizing the function  error over the  Krylov subspace
+clusters  to minimize  the  function error  over  the Krylov  subspace
 spanned by  $S$.  The  algorithm requires two  global synchronizations
 between the $L$  clusters. The first one is  performed at line~$12$ in
 Algorithm~\ref{algo:01}  to exchange  the local  values of  the vector
 spanned by  $S$.  The  algorithm requires two  global synchronizations
 between the $L$  clusters. The first one is  performed at line~$12$ in
 Algorithm~\ref{algo:01}  to exchange  the local  values of  the vector
@@ -324,6 +328,36 @@ synchronizations   by   using   the   MPI   collective   communication
 subroutines.
 
 
 subroutines.
 
 
+\section{Experiments}
+
+In order  to illustrate  the interest  of our algorithm.   We have  compared our
+algorithm  with  the  GMRES  method  which  a very  well  used  method  in  many
+situations.  We have chosen to focus on only one problem which is very simple to
+implement: a 3 dimension Poisson problem.
+
+\begin{equation}
+\left\{
+                \begin{array}{ll}
+                  \nabla u&=f \mbox{~in~} \omega\\
+                  u &=0 \mbox{~on~}  \Gamma=\partial \omega
+                \end{array}
+              \right.
+\end{equation}
+
+After discretization, with a finite  difference scheme, a seven point stencil is
+used. It  is well-known that the  spectral radius of  matrices representing such
+problems are very close to 1.  Moreover, the larger the number of discretization
+points is,  the closer to 1  the spectral radius  is.  Hence, to solve  a matrix
+obtained for  a 3D Poisson  problem, the number  of iterations is high.  Using a
+preconditioner  it  is   possible  to  reduce  the  number   of  iterations  but
+preconditioners are not scalable when using many cores.
+
+\section{Conclusion and perspectives}
+
+Other applications (=> other matrices)\\
+Larger experiments\\
+Async\\
+Overlapping
 
 
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