Second-order in time schemes for gradient flows in Wasserstein and geodesic metric spaces

Schémas d'ordre deux en temps pour des flots de gradient dans des espaces métriques géodésiques et de Wasserstein

Guillaume Legendre (1) , Gabriel Turinici (2, 1)

1 CEREMADE - CEntre de REcherches en MAthématiques de la DEcision
2 IUF - Institut universitaire de France

The time discretization of gradient flows in metric spaces uses variants of the celebrated implicit Euler-type scheme of Jordan, Kinderlehrer and Otto. We propose in this Note a different approach which allows to construct two second-order in time numerical schemes. In a metric space framework, we show that the schemes are well defined and prove the convergence for one of them under some regularity assumptions. For the particular case of a Fokker–Planck gradient flow in the Wasserstein space, we obtain (theoretically and numerically) the second-order convergence.

La discrétisation temporelle des flots de gradient dans des espaces métriques utilise des variantes du schéma d’Euler implicite issu du travail séminal de Jordan, Kinderlehrer et Otto. Nous proposons dans cette Note une approche différente permettant de construire deux schémas numériques d’ordre deux en temps. Dans le cadre d’un espace métrique, nous montrons que les schémas sont bien définis et prouvons la convergence de l’un d’entre eux sous des hypothèses de régularité. Pour le cas particulier d’un flot de gradient Fokker–Planck dans l’espace de Wasserstein, nous obtenons (théoriquement et numériquement) la convergence à l’ordre deux.

Domaines: Analyse numérique [math.NA]

Guillaume Legendre, Gabriel Turinici. Second-order in time schemes for gradient flows in Wasserstein and geodesic metric spaces. Comptes rendus de l'Académie des sciences. Série I, Mathématique, 2017, 355 (3), pp.345-353. ⟨10.1016/j.crma.2017.02.001⟩. ⟨hal-01317769v3⟩