Iterativne metode v numeri ni linearni algebri 2013/ doma a naloga Re²itve stisnite v ZIP datoteko z imenom ime-priimek-vpisna-1.zip in jih odd

Podobni dokumenti
Numeri na analiza - podiplomski ²tudij FGG doma e naloge - 1. skupina V prvem delu morate re²iti toliko nalog, da bo njihova skupna vsota vsaj 10 to k

Matematika II (UN) 1. kolokvij (13. april 2012) RE ITVE Naloga 1 (25 to k) Dana je linearna preslikava s predpisom τ( x) = A x A 1 x, kjer je A

FGG14

Matematika II (UN) 2. kolokvij (7. junij 2013) RE ITVE Naloga 1 (25 to k) ƒasovna funkcija f je denirana za t [0, 2] in podana s spodnjim grafom. f t

UM FKKT, Bolonjski visoko²olski program Kemijska tehnologija Vpisna ²tevilka Priimek, ime 3. test pri predmetu MATEMATIKA II Ra unski del

Matematika II (UNI) Izpit (23. avgust 2011) RE ITVE Naloga 1 (20 to k) Vektorja a = (0, 1, 1) in b = (1, 0, 1) oklepata trikotnik v prostoru. Izra una

3. Metode, ki temeljijo na minimalnem ostanku Denimo, da smo z Arnoldijevim algoritmom zgenerirali ON bazo podprostora Krilova K k (A, r 0 ) in velja

1 Diskretni naklju ni vektorji 1 1 Diskretni naklju ni vektorji 1. Dopolni tabelo tako, da bosta X in Y neodvisni. X Y x x x x x

2.1 Osnovni pojmi 2 Nim Ga²per Ko²mrlj, Denicija 2.1 P-poloºaj je poloºaj, ki je izgubljen za igralca na potezi. N- poloºaj je poloºaj, ki

Univerza v Mariboru Fakulteta za naravoslovje in matematiko Oddelek za matematiko in ra unalni²tvo Izobraºevalna matematika Pisni izpit pri predmetu K

Bellman-Fordov algoritem za iskanje najkraj²ih poti Alenka Frim 19. februar 2009 Popravek 25. februar 2009 Imamo usmerjen graf G z uteºmi na povezavah

Vaje: Matrike 1. Ugani rezultat, nato pa dokaži z indukcijo: (a) (b) [ ] n 1 1 ; n N 0 1 n ; n N Pokaži, da je množica x 0 y 0 x

LaTeX slides

FGG02

EKVITABILNE PARTICIJE IN TOEPLITZOVE MATRIKE Aleksandar Jurišić Politehnika Nova Gorica in IMFM Vipavska 13, p.p. 301, Nova Gorica Slovenija Štefko Mi

FGG13

Izpit iz GEOMETRIJE 17. junij 2004 Vpisna ²tevilka: Vrsta: Ime in priimek: Sedeº: 1. Poi² i vse stoºnice v P(R 3 ), ki se dotikajo premice x = 0, prem

Ime in priimek: Vpisna št: FAKULTETA ZA MATEMATIKO IN FIZIKO Oddelek za matematiko Statistika Pisni izpit 6. julij 2018 Navodila Pazljivo preberite be

Slide 1

UNIVERZA NA PRIMORSKEM Fakulteta za matematiko, naravoslovje in informacijske tehnologije Matematika 1. stopnja Olga Kaliada Trije klasi ni gr²ki prob

C:/Users/Matevž Èrepnjak/Dropbox/FKKT/TESTI-IZPITI-REZULTATI/ /Izpiti/FKKT-avgust-17.dvi

STAVKI _5_

FAKULTETA ZA STROJNIŠTVO Matematika 2 Pisni izpit 9. junij 2005 Ime in priimek: Vpisna št: Zaporedna številka izpita: Navodila Pazljivo preberite bese

Predmet: Course title: UČNI NAČRT PREDMETA / COURSE SYLLABUS (leto / year 2017/18) Iterativne numerične metode v linearni algebri Iterative numerical

C:/Users/Matevž Èrepnjak/Dropbox/FKKT/testi in izpiti/ /IZPITI/FKKT-februar-14.dvi

Microsoft PowerPoint _12_15-11_predavanje(1_00)-IR-pdf

6.6 Simetrični problem lastnih vrednosti Če je A = A T, potem so lastne vrednosti realne, matrika pa se da diagonalizirati. Schurova forma za simetrič

resitve.dvi

Domače vaje iz LINEARNE ALGEBRE Marjeta Kramar Fijavž Fakulteta za gradbeništvo in geodezijo Univerze v Ljubljani 2007/08 Kazalo 1 Vektorji 2 2 Analit

UNIVERZA NA PRIMORSKEM Fakulteta za matematiko, naravoslovje in informacijske tehnologije Matematika 1. stopnja Vida Maksimovi Hamiltonski cikli v kub

C:/Users/Matevz/Dropbox/FKKT/TESTI-IZPITI-REZULTATI/ /Izpiti/FKKT-januar-februar-15.dvi

Strojna oprema

Popravki nalog: Numerična analiza - podiplomski študij FGG : popravljena naloga : popravljena naloga 14 domače naloge - 2. skupina

UNIVERZA V LJUBLJANI FAKULTETA ZA MATEMATIKO IN FIZIKO Katja Ciglar Analiza občutljivosti v Excel-u Seminarska naloga pri predmetu Optimizacija v fina

Ime in priimek

M

Rešene naloge iz Linearne Algebre

Poglavje 1 Plavajoča vejica Slika 1.1: Plavajoča vejica Zapis je oblike ( 1) o (1 + m)2 e 1023, mantisa je v normalizirani obliki, eksponent je podan

Osnove matematicne analize 2018/19

Ime in priimek: Vpisna št: FAKULTETA ZA MATEMATIKO IN FIZIKO Oddelek za matematiko Verjetnost Pisni izpit 5. februar 2018 Navodila Pazljivo preberite

MATLAB programiranje MATLAB... programski jezik in programersko okolje Zakaj Matlab? tipičen proceduralni jezik enostaven za uporabo hitro učenje prir

Ime in priimek: Vpisna št: FAKULTETA ZA MATEMATIKO IN FIZIKO Oddelek za matematiko Statistika Pisni izpit 31. avgust 2018 Navodila Pazljivo preberite

Učinkovita izvedba algoritma Goldberg-Tarjan Teja Peklaj 26. februar Definicije Definicija 1 Naj bo (G, u, s, t) omrežje, f : E(G) R, za katero v

UNIVERZA NA PRIMORSKEM FAKULTETA ZA MATEMATIKO, NARAVOSLOVJE IN INFORMACIJSKE TEHNOLOGIJE Zaklju na naloga Urejanje in prikaz podatkov v interaktivni

Linearna algebra - povzetek vsebine Peter Šemrl Jadranska 21, kabinet 4.10 Izpitni režim: Kolokviji in pisni izpiti so vsi s

Microsoft Word - UP_Lekcija04_2014.docx

Kazalo 1 DVOMESTNE RELACIJE Operacije z dvomestnimi relacijami Predstavitev relacij

(Microsoft PowerPoint - vorsic ET 9.2 OES matri\350ne metode 2011.ppt [Compatibility Mode])

Metode razme²£anja in povezovanja logi£nih primitivov kvantnih celi£nih avtomatov

Poglavje 1 Analiza varnosti delovanja sistemov in FRAM metoda V naslovu pri ujo ega poglavja prvi omenimo pojem varnosti delovanja sistema (angl. syst

Optimizacija z roji delcev - Seminarska naloga pri predmetu Izbrana poglavja iz optimizacije

Univerza v Mariboru Fakulteta za naravoslovje in matematiko Oddelek za matematiko in računalništvo Enopredmetna matematika IZPIT IZ VERJETNOSTI IN STA

Brownova kovariancna razdalja

Namesto (x,y)R uporabljamo xRy

C:/Users/Matevž Èrepnjak/Dropbox/FKKT/TESTI-IZPITI-REZULTATI/ /Izpiti/FKKT-junij-17.dvi

resitve.dvi

UNIVERZA NA PRIMORSKEM FAKULTETA ZA MATEMATIKO, NARAVOSLOVJE IN INFORMACIJSKE TEHNOLOGIJE Magistrsko delo Spletna aplikacija za hranjenje, urejanje in

MAGIČNI KVADRATI DIMENZIJE 4n+2

CelotniPraktikum_2011_verZaTisk.pdf

Osnove statistike v fizični geografiji 2

2. izbirni test za MMO 2017 Ljubljana, 17. februar Naj bosta k 1 in k 2 dve krožnici s središčema O 1 in O 2, ki se sekata v dveh točkah, ter

Diapozitiv 1

resitve.dvi

rm.dvi

RAM stroj Nataša Naglič 4. junij RAM RAM - random access machine Bralno pisalni, eno akumulatorski računalnik. Sestavljajo ga bralni in pisalni

OSNOVE UMETNE INTELIGENCE

VST: 1. kviz

1 Tekmovanje gradbenih tehnikov v izdelavi mostu iz špagetov 1.1 Ekipa Ekipa sestoji iz treh članov, ki jih mentor po predhodni izbiri prijavi na tekm

Vektorji - naloge za test Naloga 1 Ali so točke A(1, 2, 3), B(0, 3, 7), C(3, 5, 11) b) A(0, 3, 5), B(1, 2, 2), C(3, 0, 4) kolinearne? Naloga 2 Ali toč

PRIPRAVA NA 1. Š. N.: KVADRATNA FUNKCIJA IN KVADRATNA ENAČBA 1. Izračunaj presečišča parabole y=5 x x 8 s koordinatnima osema. R: 2 0, 8, 4,0,,0

Sestavljanje in re\unhbox \bgroup \let \unhbox \setbox \hbox {s\global \mathchardef \spacefactor }\ac

Mrežni modeli polimernih verig Boštjan Jenčič 22. maj 2013 Eden preprostejših opisov polimerne verige je mrežni model, kjer lahko posamezni segmenti p

Ustanova - Fundacija za pomoč otrokom

VIN Lab 1

Poglavje 3 Reševanje nelinearnih enačb Na iskanje rešitve enačbe oblike f(x) = 0 (3.1) zelo pogosto naletimo pri reševanju tehničnih problemov. Pri te

ŠTEVCI PROMETA IN NJIHOVA UPORABA ZA NAMENE STATISTIK ČRT GRAHONJA

GeomInterp.dvi

SPLETNA PRIJAVA NA IZPITE ZA DIJAKE Dijaki se na izpite prijavite na novem portalu novi.lopolis.si z istim uporabniškim imenom in geslom, kot ga upora

NAVODILA ZA IZPOLNJEVANJE OBRAZCA

predstavitev fakultete za matematiko 2017 A

CpE & ME 519

Diapozitiv 1

H-Razcvet

NAVADNA (BIVARIATNA) LINEARNA REGRESIJA O regresijski analizi govorimo, kadar želimo opisati povezanost dveh numeričnih spremenljivk. Opravka imamo to

2. Model multiple regresije

Teorija kodiranja in kriptografija 2013/ AES

ANALITIČNA GEOMETRIJA V RAVNINI

Microsoft PowerPoint - OVT_4_IzolacijskiMat_v1.pptx

Zgledi:

Navodila za pripravo spletnih oglasov

Microsoft PowerPoint - IPPU-V2.ppt

ELEKTRIČNI NIHAJNI KROG TEORIJA Električni nihajni krog je električno vezje, ki služi za generacijo visokofrekvenče izmenične napetosti. V osnovi je "

Funkcije in grafi

UČNI NAČRT PREDMETA / COURSE SYLLABUS Predmet: Numerične metode 1 Course title: Numerical methods 1 Študijski program in stopnja Study programme and l

11. Navadne diferencialne enačbe Začetni problem prvega reda Iščemo funkcijo y(x), ki zadošča diferencialni enačbi y = f(x, y) in začetnemu pogo

Microsoft Word - Pravila - AJKTM 2016.docx

GHOSTBUSTERS navodila za učitelje O PROJEKTU S tem projektom se učenci sami naučijo izdelati igro. Ustvariti morajo več ikon (duhcov ali kaj drugega)

Verjetnost in vzorčenje: teoretske porazdelitve standardne napake ocenjevanje parametrov as. dr. Nino RODE prof. dr. Blaž MESEC

Uvodno predavanje

7. VAJA A. ENAČBA ZBIRALNE LEČE

Transkripcija:

Iterativne metode v numeri ni linearni algebri 2013/2014 1. doma a naloga Re²itve stisnite v ZIP datoteko z imenom ime-priimek-vpisna-1.zip in jih oddajte preko spletne u ilnice (http://ucilnica.fmf.uni-lj.si) najkasneje do ponedeljka, 23. decembra 2013, do 12. ure. Priloºite poro ilo, v katerem za vsako nalogo opi²ete postopek re²evanja, zapi²ete re²itev, in komentirajte rezultat. ƒe poro ilo skenirate, mora biti obvezno oddano v pdf obliki. Re²itvi priloºite programe, s katerimi ste naloge re²ili in izjavo, da ste naloge re²evali samostojno. Naloge naj bodo re²ene v Matlabu (uporabite lahko tudi Octave ali Scilab). Priloºite programe, s katerimi ste naloge re²ili. Programi naj bodo smiselno poimenovani in razporejeni v mapah, ki naj bo bodo poimenovane nal1, nal2,... K vsaki nalogi spada glavna skripta, ki izpi²e re²itve naloge (nal1.m, nal2.m, nal3.m, nal4.m). Prosim, da preverite, e se skripte izvedejo v ukazni vrstici (recimo klic nal1 se mora izvesti brez napak), v nasprotnem boste izgubili polovico to k pri konkretni nalogi. Naloge morajo biti re²ene v Matlabu (uporabite lahko tudi Octave ali Scilab), razen e je v nalogi druga e navedeno. Zraven priloºite ²e izjavo, da ste naloge re²evali samostojno. ƒe imate kak²no vpra²anje o nalogah ali Matlabu, se obrnite na asistenta ali profesorja. ƒe menite, da je vpra²anje zanimivo tudi za ostale, uporabite forum. Vsa vpra²anja so ve kot dobrodo²la. Naj bosta c 1 c 2 c 3 c 4 zadnje 4 cifre va²e vpisne ²tevilke in V = 4 c 1 c 2 +c 3 c 4. Vsaka naloga od 1. do 4. je vredna eno to ko, teoreti na naloga je vredna 3. to ke. Dodatno re²ene naloge lahko prinesejo dodatne to ke. Skupaj je potrebno za 100%zbrati 4. to ke. 1. Naj bo σ > 0. Numeri no re²i diferencialno en bo u + σu = f, 0 < x < 1. u(0) = α, u(1) = β Diskretiziraj jo z uporabo simetri nih diferenc: u i 1 + 2u i u i+1 h 2 + σ u i+1 u i h = f i. Velikost h je odvisna od ²tevila to k diskretizacije n, h = 1 n+1. (a) Sistem zapi²i v matri ni obliki: Ax = f. 1

ƒe ne gre druga e, ga lahko zapi²e² tudi samo za konkretne podatke. Druga e so α, β, vektor vrednosti funkcije f in σ podatki, ki jih dobite. (b*) Matrika A ni simetri na, poi² i potreben in zadosten pogoj, da obstaja matrika D, da velja à = DAD 1 = Ã. Namig, primerjaj levo in desno stran po komponentah. Kaj velja za d n /d 1, ko gre h 0. (b) Za primer σ = 40, n = 100, f(x) = e x, α = 1/39, β = e/39, uporabi metodo konjugiranih gradientov, SOR, Gauss-Seidlovo in SSOR metodo ter primerjaj natan nost in hitrost konvergence. (c) Za re²evanje sistema uporabi ²e metodo GMRES. Primerjaj natan nost s tisto v to ki (b). Z uporabo merjenja asa oceni ²e asovno zahtevnost ene iteracije. To ka z zvezdico je dodatna in ni obvezna. 2. Metodo konjugiranih gradientov lahko uporabimo tudi za re²evanje nedolo enega sistema Ax = b. Za re²evanje tega sistem lahko modicirate kar Matlabovo funkcijo pcg. Algoritem preizkusite na realnem problemu, ki nastane pri ra unanju pribliºka Mahalanobis razdalje pri ocenjevanju kvalitete rudarjenja podatkov. Radi bi izra unali X T test(x train X T train) X test. Obe matriki X imata veliko ve je ²tevilo vrstic kot stolpcev in sta razpr²eni. Ker je sistem z matriko X train X T poddolo en, namesto train psevdoinverza uporabimo regularizacijo. Tako namesto z (X train Xtrain) T ra unamo z regularizirano matriko A = (1 α)x train X T + αi. Mnotrain ºenje z matriko A je potrebno implementirati implicitno, saj je matrika X train X T prevelika, da bi jo shranili v pomnilnik. Nari²i graf ²tevila train korakov potrebnih za konvergenco metode konjugiranih gradientov za sistem Ax = b v odvisnosti od α [0, 1], kjer je b V -ti stolpec matrike X test. Poi² i najmanj²i α pri katerem dobi² zadovoljivo konvergenco in nato za ta α izra unaj celoten produkt XtestA T 1 X test. Pazi. Ko pove- uje² α se re²itev oddaljuje od prave, moºen kriterij za kvaliteto je, da izra unate ostanek za originalno matriko in vektor izra unan s pomo jo regularizacije. 2

Matriki naloºite v Matlab z ukazom load mahalanobis, kjer datoteko mahalanobis dobite na u ilnici. 3. Pri re²evanju predolo enega sistema Ax = b si lahko pomagamo z normalnim sistemom A T Ax = A T b. V splo²nem to ni najbolj²a moºnost, saj se ob utljivost sistema kvadrira. Druga moºnost je, da uporabimo prevedbo na re²evanje ve jega sistema [ m n m I A n A T 0 ] [ ] r = x [ ] b, 0 katerega re²itev ustreza re²itvi predolo enega sistema Ax = b po metodi najmanj²ih kvadratov. Dobljena matrika je simetri na. Mnoºenje z njo implementirajte implicitno. Nato pa uporabite Lanczosov algoritem ali MINRES za re²evanje sistema. Kateri postopek vra a bolj²e rezultate? Primerjate svojo metodo ²e z metodama LSQR, http://www.stanford.edu/group/sol/software/lsqr.html, LSMR, http://www.stanford.edu/group/sol/software/lsmr.html, ki uporabljata Golub-Kahanovo bidiagonalizacijo. Matlabovi funkciji sta ºe na voljo na zgornjih straneh. Kaj opazite, oziroma kje dobite hitrej²o konvergenco? V zbirki matrik, ki jih lahko dobite z UFGet, si izberete primerno razpr²eno pravokotno matriko, za b si izberete vektor samih enic. Matrike, ki so primerne so: 5, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 169, 170, 260, 261, 903, 1860, 1881, 1884 1890, 2217 in 2218. Za za etek pozkusite z matriko majhnih dimenzij, nato pa preizkusite va² algoritem ²e za matriko, ki ima vsaj milijon neni elnih elementov. Matrike lahko dobite tudi v gra nem vmesniku UFGui, e si izberete pri kind - least squares in (all groups). 4. Z UFget naloºite naslednje matrike (na voljo so tudi v spletni u ilnici): 1224, 1311 in 1877. Za vsako izmed matrik poskusite re²iti linearni sistem Ax = b z iterativnimi metodami, ki so na voljo v Matlabu: gmres, minres, pcg, bicg, qmr, symmlq, bicgstab. ƒe desna stran ni podana zraven problema, potem vzemite vektor b = Ae, kjer je e vektor samih enic, za za etni pribliºek pa x 0 = 0. Ugotovite, katere metode so primernej²e za katero matriko in to obrazloºite. 3

Pri metodah, kjer je moºno uporabiti ponoven zagon (kot npr. GMRES), ugotovite optimalno izbiro maksimalne velikosti podprostorov in razi² ite vpliv izbire velikosti na konvergenco. 5. Naj bo A matrika dimenzije 4 4: 1 ɛ A = 1 1/ɛ 1 ɛ 1 Vemo, da za ostanek GMRES metode v najslab²em primeru velja: r (w) k 2 = max min (A)r 0 2, r 0 2 =1 kjer je poljuben polinom stopnje k za katerega velja (0) = 1, polinom je odvisen od r 0. Za konkreten primer matrike A pokaºi, da ne velja: max min r 0 2 =1 (A)r 0 2 = p (A) 2 = min (A) 2 min (a) Pokaºi, da je polinom, ki minimizira min pk (A) 2 enoli en. max (A)r 0 2. r 0 2 =1 (b) Pokaºi, da je polinom stopnje 3, ki ima vrednost 1 v izhodi² u, neodvisen od ɛ in enak p (z) = 1 3 5 z2 in p (A) = 4 5. Nasvet. Pokaºi, da mora biti polinom sod. Prej preveri ²e, da je A T ortogonalno podobna matriki A za prehodno matriko 1 Q = 1 1. 1 Izkaºe se, da lahko singularne vrednosti p(a) = 1 + γz 2 potem izra una² analiti no. (c) Pokaºi, da se izraza razlikujeta. Uporabi kar matriko A in pokaºi, da za vsak vektor b velja: p b (A)b 2 < p (A) 2 b 2, kjer je p b polinom stopnje 3, ki ima vrednost 1 v izhodi² u in da najve ji ostanek pri vektorju b. 4

(d) Pokaºi, da za poljuben vektor b, kjer je b = 1 obstaja polinom p b stopnje 3 z p b (0) = 1, da velja p b (A)b 4 ɛ + 5ɛ. Nasvet. Najprej pokaºi, da velja: b 1 b = b 2 b 3, Ab = b 2 + b 3 /ɛ b 3 + ɛ 0 b 4, b 4 b 4 0 b 3 A 2 b = b + b 4 0, A3 b = Ab + b 4 0 + ɛ 0 0. 0 0 0 Potem dolo i polinom, glede na to, e velja b 3 ɛ ali b 3 < ɛ. Nasvet: pomagaj si z Mathematico. To pokaºe, da sta idealni primer in najslab²i primer poljubno blizu. (e) Ali se kaj bistveno spremeni, e izraz 1/ɛ v matriki A zamenja² z c/ɛ? Kak²ne so nove ocene in ustrezni polinomi? b 1 b 3 b 2 b 4 5