×

定矩阵对特征问题的预处理梯度迭代。 (英语) Zbl 1431.65046号

摘要:大型稀疏厄米特广义特征值问题(Ax=lambda-Bx)的预处理梯度迭代是计算少数极值特征对的有效方法。本文给出了具有不定\(B\)的定广义特征值问题的预条件梯度迭代的统一框架。更准确地说,这些迭代计算了最接近确定性区间的几个特征值,这些特征值可能位于谱的中间,以及定矩阵对((a,B))的相应特征向量,即具有正定线性组合的矩阵对。给出了最简单变量的尖锐收敛定理。该框架包括一个不定局部最优块预处理共轭梯度(LOBPCG)算法,该算法由D.克雷斯纳等【数值算法66,No.4,681-703(2014;Zbl 1297.65040号)]. 我们还给出了构造标准(具有正定(B))特征解器的新“不定扩张”的通用算法。数值实验证明了我们的算法用于求解乘积和双曲二次特征值问题。由于预条件很好,LOBPCG的不定变量是最有效的方法。最后,我们导出了一些关于如何使用我们的不定特征解算器来计算任何谱间隙周围的几个特征值以及确定矩阵对的相应特征向量的想法。

理学硕士:

2015财年65 矩阵特征值和特征向量的数值计算
65F08个 迭代方法的前置条件
65层50 稀疏矩阵的计算方法
PDF格式BibTeX公司 XML格式引用
全文: 内政部 链接

参考文献:

[1] C.ASHCRAFT、R.G.GRIMES和ANDJ。G.LEWIS,精确对称不定线性方程求解器,SIAM J.矩阵分析。申请。,20(1999年),第513-561页·Zbl 0923.65010号
[2] Z.BAI、J.DEMMEL、J.DONGARRA、A.RUHE和ANDH。VAN DERVORST,eds.,《代数特征值问题求解模板:实用指南》,SIAM,费城,2000年·Zbl 0965.65058号
[3] Z.白安德-C.LI,线性响应特征值问题的最小化原则I:理论,SIAM J.矩阵分析。申请。,33(2012年),第1075-1100页·Zbl 1263.65078号
[4] ,线性响应特征值问题的最小化原则II:计算,SIAM J.矩阵分析。申请。,34(2013),第392-416页·Zbl 1311.65102号
[5] 《广义线性响应特征值问题的最小化原理和计算》,BIT,54(2014),第31-54页·Zbl 1293.65053号
[6] Z.BAI、R.LI和ANDW。LIN,用扩展的局部最优预处理共轭梯度法求解线性响应特征值问题,科学。中国数学。,59(2016),第1443-1460页·兹比尔1358.65021
[7] P.本纳·安德斯。梁,极限特征值的扩展LOBPCG的收敛性分析,准备中。
[8] T.BETCKE、N.J.HIGAM、V.MEHRMANN、C.SCHRDER、ANDF。TISSEUR,NLEVP:非线性特征值问题集合,ACM Trans。数学。《软件》,第39条(2013年),第7条(28页)。https://github.com/ftisseur/nlevp ·Zbl 1295.65140号
[9] R.BOISVERT、R.POZO、K.REMINGTON、B.MILLER和ANDR。利普曼,矩阵市场,国家标准与技术研究所,1996年。可用网址://math.nist.gov/MatrixMarket/
[10] J.R.BUNCH,对角线旋转法分析,SIAM J.Numer。分析。,8(1971年),第656-680页·Zbl 0199.49801号
[11] ,对称矩阵的部分枢轴策略,SIAM J.Numer。分析。,11(1974年),第521-528页·Zbl 0253.65024号
[12] J.R.邦奇和。考夫曼,计算惯性和求解对称线性系统的一些稳定方法,数学。公司。,31(1977年),第163-179页·Zbl 0355.65023号
[13] J.R.BUNCH、L.KAUFMAN和ANDB。N.PARLET,对称矩阵的分解,数值。数学。,27(1976年),第95-109页·Zbl 0342.65026号
[14] J.R.邦奇和。F.MARCIA,对称三对角矩阵的简化旋转策略,Numer。线性代数应用。,13(2006),第865-867页·Zbl 1174.65348号
[15] J.R.邦奇和。N.PARLETT,求解线性方程组对称不定方程组的直接方法,SIAM J.Numer。分析。,8(1971年),第639-655页·Zbl 0199.49802号
[16] J.W.DEMMEL,《应用数值线性代数》,SIAM,费城,1997年·Zbl 0879.65017号
[17] J.A.DUERSCH、M.SHAO、C.YANG和ANDM。GU,LOBPCG的健壮高效实现,SIAM J.Sci。计算。,40(2018年),第C655-C676页·Zbl 1401.65038号
[18] I.DUFF,R.G.GRIMES,ANDJ。G.LEWIS,Harwell Boeing稀疏矩阵集合用户指南,技术报告TR/PA/92/86,CERFACS,1992。
[19] E.G.D’YAKONOV,《解决椭圆问题的优化》,CRC出版社,博卡拉顿,1996年。欧洲电信协会·Zbl 0852.65087号
[20] E.G.D'YAKONOV ANDM公司。奥雷霍夫,确定微分算子第一特征值的计算工作量最小化,数学。注释,27(1980),第795-812页·Zbl 0468.65056号
[21] G.H.GOLUB ANDQ公司。YE,对称广义特征值问题的无逆预处理Krylov子空间方法,SIAM J.Sci。计算。,24(2002),第312-334页·Zbl 1016.65017号
[22] R.G.GRIMES、J.G.LEWIS和ANDH。D.SIMON,一种求解稀疏对称广义特征值问题的移位块Lanczos算法,SIAM J.Matrix Ana。申请。,15(1994年),第228-272页·Zbl 0803.65044号
[23] C.-H.GUO,N.J.HIGAM,ANDF。TISSEUR,用于检测确定厄米特对的改进弧算法,SIAM J.矩阵分析。申请。,31(2009),第1131-1151页·兹比尔1202.65054
[24] V.HARI、S.SINGER和ANDS。SINGER,厄米矩阵的块定向J-Jacobi方法,线性代数应用。,433(2010),第1491-1512页·Zbl 1205.65152号
[25] 尤·赫特马尼乌克·安德尔。LEHOUCQ,LOBPCG中的基础选择,计算机J。物理。,218(2006),第324-332页·兹比尔1104.65031
[26] N.J.HIGAM、F.TISSEUR和ANDP。M.VANDOREN,检测确定埃尔米特对和双曲或椭圆二次特征值问题,以及相关的逼近性问题,线性代数应用。,351/352(2002),第455-474页·Zbl 1004.65045号
[27] HSL,HSL:用于大规模科学计算的Fortran代码集,2011年。http://www.hsl.rl.ac.uk。
[28] 卡夫曼,分解带状对称矩阵的收缩算法,数值。线性代数应用。,14(2007年),第237-254页·Zbl 1199.65083号
[29] A.V.KNYAZEV,网格问题的特征值和特征向量计算:算法和误差估计,部门编号。数学,苏联科学院。科学。,莫斯科,1986年。
[30] ,网格对称特征值问题迭代方法的收敛速度估计,苏维埃J.Numer。分析。数学。建模,2(1987),第371-396页·Zbl 0825.65034号
[31] ,特征值问题数值处理中特征值问题的预处理共轭梯度法及其在子空间中的实现。第5卷,J.Albrecht、L.Collatz、P.Hagedorn和W.Velte编辑,《国际》第96卷。序列号。数字。数学。,Birkhäuser,巴塞尔,1991年,第143-154页·Zbl 0725.65042号
[32] ,预处理特征解算器-矛盾修饰?,电子。事务处理。数字。分析。,7(1998),第104-123页。http://etna.ricam.eoaw.ac.at/vol.7.1998/pp104-123.dir/pp104-123.pdf ·Zbl 1053.65513号
[33] ,关于最优预处理特征解算器:局部最优块预处理共轭梯度法,SIAM J.Sci。计算。,23(2001),第517-541页·Zbl 0992.65028号
[34] A.V.KNYAZEV、M.E.ARGENTATI、I.LASHUK、ANDE。E.OVTCHINNIKOV,hypre和PETSc中的块局部最优预处理特征值xolver(BLOPEX),SIAM J.Sci。计算。,29(2007),第2224-2239页·Zbl 1149.65026号
[35] A.V.KNYAZEV ANDK公司。NEYMEYR,在局部最优块共轭梯度法中使用多重网格预条件有效解决对称特征值问题,Electron。事务处理。数字。分析·兹比尔1031.65126
[36] ,梯度流方法用于预处理特征值求解器的几何收敛分析,SIAM J.矩阵分析。申请。,31(2009),第621-628页·Zbl 1191.49039号
[37] J·科瓦·C·斯特里科·安德克。VESELI´C,对称铅笔的迹最小化和确定性,线性代数应用。,216(1995),第139-158页·Zbl 0821.15008号
[38] D.KRESSNER、M.MILOLOAPANDUR、ANDM。SHAO,LOBPCG的一个不定变体,用于确定矩阵铅笔,数字。《算法》,66(2014),第681-703页·Zbl 1297.65040号
[39] P.兰卡斯特·安德尔。罗德曼,严格等价和同余下厄米矩阵对的规范形式,SIAM Rev.,47(2005),第407-443页·Zbl 1087.15014号
[40] P.兰卡斯特·安德克。YE,对称矩阵铅笔的变分和数值方法,Bull。南方的。数学。Soc.,43(1991),第1-17页·Zbl 0714.65042号
[41] X.梁安德-C.LI,双曲二次特征值问题,论坛数学。Sigma,3(2015),第13、93页·Zbl 1328.15033号
[42] X.LIANG、R.-C.LI、ANDZ。BAI,正半定铅笔的迹最小化原理,线性代数应用。,438(2013),第3085-3106页·Zbl 1262.15010号
[43] M.MILOLOáAPANDUR,计算定矩阵对的内部特征值和对应特征向量,博士。论文,萨格勒布大学数学系科学学院,2016年。
[44] K.NEYMEYR,椭圆微分算子的预处理特征解层次,Hab。论文,图宾根大学数学研究所,2001年·Zbl 0976.65034号
[45] ,关于预条件特征解和逆-Lanczos过程,线性代数应用。,430(2009),第1039-1056页·Zbl 1165.65071号
[46] ,预处理最速下降迭代的几何收敛理论,SIAM J.Numer。分析。,50(2012年),第3188-3207页·Zbl 1262.65051号
[47] K.NEYMEYR、E.OVTCHINNIKOV、ANDM。周,对称特征值问题梯度迭代的收敛性分析,SIAM J.矩阵分析。申请。,32(2011),第443-456页·Zbl 1230.65049号
[48] K.NEYMEYR ANDM公司。周,椭圆算子特征值问题的块预处理最速下降迭代,电子。事务处理。数字。分析。,41(2014),第93-108页。http://etna.ricam.eoaw.ac.at/vol.41.2014/pp93-108.dir/pp93-108.pdf ·Zbl 1295.65110号
[49] B.N.PARLETT,对称特征值问题,SIAM,费城,1998年·兹伯利0885.65039
[50] B.T.POLYAK,《优化导论》,优化软件公司,纽约,1987年·Zbl 0708.90083号
[51] P.D.QUILLEN,对称广义特征值问题的无逆Krylov子空间方法的推广,博士。论文,肯塔基大学数学系,列克星敦,2005年。
[52] P.奎伦·安德克。YE,对称广义特征值问题的无块逆预处理Krylov子空间方法,J.Compute。申请。数学。,233(2010),第1298-1313页·Zbl 1186.65044号
[53] D.罗卡、Z.BAI、R.-C.LI、ANDG。GALLI,非厄米随机相位近似矩阵迭代对角化的块变分方法,J.Chem。物理。,136(2012),第034111条(8页)。
[54] I.SLAPNI’CAR,实对称矩阵和厄米矩阵直接因式分解的分量分析,线性代数应用。,272(1998),第227-275页·Zbl 0894.65009号
[55] G.W.STEWART ANDJ公司。G.SUN,矩阵微扰理论,学术出版社,波士顿,1990年·Zbl 0706.65013号
[56] D.B.SZYLD和。XUE,具有变分特征的大规模非线性厄米特特征问题的预条件特征解算器。I.极端特征值,数学。公司。,85(2016),第2887-2918页·Zbl 1344.65045号
[57] K.VESELI´C,定矩阵对的雅可比特征约简算法,数值。数学。,64(1993),第241-269页·Zbl 0805.65038号
[58] K.VESELI´C,线性系统的阻尼振动。《数学导论》,斯普林格,海德堡,2011年·Zbl 1232.37004号
此参考列表基于出版商或数字数学图书馆提供的信息。其项与zbMATH标识符进行启发式匹配,可能包含数据转换错误。在某些情况下,zbMATH Open的数据对这些数据进行了补充/增强。这试图尽可能准确地反映原始论文中列出的参考文献,而不要求完整或完全匹配。