IMEX(implicit–explicit)格式用于含有刚性项和非刚性项的演化方程。基本思想是:刚性项隐式处理,以放宽时间步长限制;非刚性项显式处理,以避免全隐格式中更大的非线性求解代价。
考虑
其精确解为
因此在固定 下,解随时间衰减;在固定正时间 下,令 ,解也趋于 。刚性来自系数 ,显式格式必须解析这个快衰减尺度。
下面分别考虑时间一阶的显式、隐式与 IMEX 格式的稳定性条件,记时间步长为 。 向前 Euler 给出
稳定性条件为
因此当 很小时,显式格式要求 。 向后 Euler 将右端全部放在新时间层:
由于 ,放大因子模长不超过 ,所以该格式对任意 稳定。 IMEX Euler 只将刚性项隐式化:
稳定性条件为
对 和 成立。
这个例子充分说明了 IMEX 的特点。全显格式便宜,但时间步受刚性尺度限制;全隐格式稳定,但若非刚性项是非线性或非局部项,每一步可能需要求解较复杂的非线性系统。IMEX 格式把刚性项放到隐式部分,使时间步不再由 的快尺度决定,同时保留非刚性项的显式处理。
更一般地,对
一阶 IMEX 格式可写为
若 的隐式求解结构简单,而 的全隐处理代价较高,这种分裂通常比全隐格式更便宜,也比全显格式更适合刚性区域。