FGG14

Podobni dokumenti
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

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

FGG02

FGG13

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

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

Slide 1

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

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

Rešene naloge iz Linearne Algebre

Osnove matematicne analize 2018/19

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

Kazalo 1 DVOMESTNE RELACIJE Operacije z dvomestnimi relacijami Predstavitev relacij

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

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

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

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

Brownova kovariancna razdalja

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

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

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

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

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

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

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

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

5 SIMPLICIALNI KOMPLEKSI Definicija 5.1 Vektorji r 0,..., r k v R n so afino neodvisni, če so vektorji r 1 r 0, r 2 r 0,..., r k r 0 linearno neodvisn

H-Razcvet

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

Strojna oprema

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

Funkcije in grafi

CpE & ME 519

GeomInterp.dvi

Srednja šola za oblikovanje

Mere kompleksnih mrež (angl. Network Statistics) - Seminarska naloga pri predmetu Izbrana poglavja iz diskretne matematike

Teorija kodiranja in kriptografija 2013/ AES

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

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

Microsoft PowerPoint - Java-rekurzija.ppt

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

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

6.1 Uvod 6 Igra Chomp Marko Repše, Chomp je nepristranska igra dveh igralcev s popolno informacijo na dvo (ali vec) dimenzionalnem prostoru

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

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

UNIVERZA V MARIBORU FAKULTETA ZA KEMIJO IN KEMIJSKO TEHNOLOGIJO Petra Žigert Pleteršek MATEMATIKA III Maribor, september 2017

LaTeX slides

Lehmerjev algoritem za racunanje najvecjega skupnega delitelja

DN5(Kor).dvi

NAJRAJE SE DRUŽIM S SVIČNIKOM, SAJ LAHKO VADIM ČRTE IN KRIVULJE, PA VELIKE TISKANE ČRKE IN ŠTEVILKE DO 20. Preizkusite znanje vaših otrok in natisnite

resitve.dvi

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

M

UNIVERZA V LJUBLJANI PEDAGOŠKA FAKULTETA NEŽKA RUGELJ SHOROV ALGORITEM DIPLOMSKO DELO LJUBLJANA, 2017

resitve.dvi

Univerza v Ljubljani Fakulteta za računalništvo in informatiko Gregor Poročnik Implementacija izrisa Bézierovih krivulj in B-zlepkov v HTML5 DIPLOMSKO

ANALITIČNA GEOMETRIJA V RAVNINI

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

OSNOVE UMETNE INTELIGENCE

MATEMATIKA 2. LETNIK GIMNAZIJE G2A,G2B Sestavil: Matej Mlakar, prof. Ravnatelj: Ernest Simončič, prof. Šolsko leto 2011/2012 Število ur: 140

Predmet: Course title: UČNI NAČRT PREDMETA / COURSE SYLLABUS (leto / year 2017/18) Numerična aproksimacija in interpolacija Numerical approximation an

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

RAČUNALNIŠKA ORODJA V MATEMATIKI

rm.dvi

Univerza v Ljubljani Fakulteta za računalništvo in informatiko Fakulteta za matematiko in fiziko Janko Purgaj Implementacija kriptosistema NTRUEncrypt

PowerPoint Presentation

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

Uvodno predavanje

NAVODILA AVTORJEM PRISPEVKOV

predstavitev fakultete za matematiko 2017 A

Osnove statistike v fizični geografiji 2

Namesto (x,y)R uporabljamo xRy

P181C10111

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

Matematika 2

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

Urejevalna razdalja Avtorji: Nino Cajnkar, Gregor Kikelj Mentorica: Anja Petković 1 Motivacija Tajnica v posadki MARS - a je pridna delavka, ampak se

Univerza v Ljubljani Fakulteta za računalništvo in informatiko Nejc Ramovš Problem izomorfnega podgrafa DIPLOMSKO DELO NA UNIVERZITETNEM ŠTUDIJU Mento

VAJE

Zgledi:

Microsoft Word - UP_Lekcija04_2014.docx

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

PowerPoint Presentation

Matematika Diferencialne enačbe prvega reda (1) Reši diferencialne enačbe z ločljivimi spremenljivkami: (a) y = 2xy, (b) y tg x = y, (c) y = 2x(1 + y

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

REED-SOLOMONOVE KODE Aleksandar Jurišić Arjana Žitnik 6. junij 2004 Math. Subj. Class. (2000): 51E22, 94B05?, 11T71 Reed-Solomonove kode so izjemno us

dr.dvi

P182C10111

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

Bojan Kuzma ZBIRKA IZPITNIH VPRAŠANJ PRI PREDMETIH ANALIZA I IN ANALIZA II (Zbirka Izbrana poglavja iz matematike, št. 1) Urednica zbirke: Petruša Mih

magistrska naloga

Posebne funkcije

Numerika

Matematika 2 - ustna vprašanja 1) Determinanta, poddeterminanta (1,3)...3 2) Lastnosti determinante (5)...3 3) Cramerjevo pravilo (9)...3 4) Računanje

4.Racionalna števila Ulomek je zapis oblike. Sestavljen je iz števila a (a ), ki ga imenujemo števec, in iz števila b (b, b 0), ki ga imenujemo imenov

Microsoft Word - avd_vaje_ars1_1.doc

Mladi za napredek Maribora srečanje DOLŽINA»SPIRALE«Matematika Raziskovalna naloga Februar 2015

Kein Folientitel

7. VAJA A. ENAČBA ZBIRALNE LEČE

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

Transkripcija:

Iterativne metode podprostorov Iterativne metode podprostorov uporabljamo za numerično reševanje linearnih sistemov ali računanje lastnih vrednosti problemov z velikimi razpršenimi matrikami, ki so prevelike, da bi problem lahko reševali z direktnimi metodami. Skupna značilnost metod je, da eksplicitnih matrik ne potrebujemo, moramo le znati učinkovito izračunati produkt matrike oz. transponirane matrike z danim vektorjem. Primer takšne metode je npr. potenčna metoda. Večina metod podprostorov temelji na podprostorih Krilova. Obravnavali bomo a) reševanje linearnih sistemov: GMRES, MINRES, CG, BiCG, QMR, BiCGStab, b) računanje lastnih vrednosti: Lanczoseva, Arnoldijeva, Jacobi Davidsonova metoda. Glavna značilnost metod podprostorov je, da približke dobimo iz projekcije problema na podprostor manjše dimenzije.

Podprostor Krilova Definicija 1. Za dano matriko A in vektor b je podprostor Krilova K k (A, b) = Lin(b, Ab,..., A k 1 b). Če b ni vsebovan v invariantnem podprostoru dimenzije < k, potem je dim(k k ) = k. Namesto v R n iščemo približke v projekciji problema na K k (A, b). Naj bo Q k = [ q 1 q k ] matrika z ortonormiranimi stolpci, ki so baza za K k (A, b). Potem kot približek za rešitev Ax = b vzamemo x k = Q k z za nek z R k, npr.: Vzamemo x k, ki minimizira r k 2, kjer je r k = b Ax k. Za A A T je to metoda GMRES, za A = A T pa MINRES. Če je A s.p.d., vzamemo x k, ki minimizira r k A 1. To je metoda CG (konjugirani gradienti). Izberemo x k tako, da bo r k K k (A, b). Za A A T je to varianta GMRES, za A = A T pa SYMMLQ.

Arnoldijev algoritem Denimo, da stolpci Q j = [q 1 q j ] sestavljajo ortonormirano bazo za K j. Potem je K j+1 = Lin(q 1,..., q j, Aq j ) Vse skupaj lahko zapišemo v obliki algoritma q 1 = b/ b 2 j = 1, 2,..., k z j = Aq j h j = Q H j z j q j+1 = z j Q j h j h j+1,j = q j+1 2 če je h j+1,j = 0, potem prekini računanje q j+1 = q j+1 /h j+1,j V algoritmu se skriva modificirana Gram-Schmidtova ortogonalizacija. Algoritem se konča pri izbranem k ali pa, ko je h j+1,j = 0.

Rezultat Arnoldijevega algoritma Trditev 2. Arnoldijev algoritem se lahko izvaja do j = k, kjer je k = dim K n (A, b). Za j = 1,..., k velja AQ j = Q j H j + h j+1,j [0 0 q j+1 ], kjer je H j Hessenbergova j j matrika, stolpci Q j = [q 1 K j (A, b). q j ] pa so ON baza za Zahtevnost Arnoldijevega algoritma je k množenj z matriko in O(k 2 n) za ostale zadeve, Množenje z matriko je za polno matriko O(n 2 ), za razpršeno pa je lahko tudi samo O(n). Velja AQ j = Q j+1 Hj, kjer H j dobimo tako, da H j dodamo še vrstico [0 0 h j+1,j ].

Lanczoseva metoda Če je A simetrična, je tudi H simetrična, torej tridiagonalna in Arnoldijev algoritem se občutno poenostavi. Pišemo H = T in T = α 1 β 1 β 1 α 2... β 2...... β n 2 α n 1 β n 1 β n 1 a n. Sedaj iz AQ = QT dobimo kjer je α j = q T j Aq j. Aq j = β j 1 q j 1 + α j q j + β j q j 1,

GMRES - posplošeni minimalni ostanek Pri GMRES približek x k za Ax = b dobimo iz začetnega približka x 0 tako, da x k oblike x k = x 0 + Q k y k minimizira r k 2 = b Ax k 2. Denimo, da smo s Arnoldijevim algoritmom že dobili Q k in H k. Sedaj iščemo ustrezen y R k. Če je q 1 = r 0 / r 0 2, velja b A(x 0 +Q k y k ) 2 = r 0 AQ k y k 2 = r 0 Q k+1 Hk y k 2 = r 0 2 e 1 H k y k 2. Algoritme za GMRES v grobem je: 1. izberi x 0, določi dimenzijo k za podprostor Krilova, izračunaj r 0 = b Ax 0. 2. naredi k korakov Arnoldijeve metode z začetnim vektorjem q 1 = r 0 / r 0 2, dobimo H k in Q k+1. 3. po metodi najmanjših kvadratov poišči y k, ki minimizira r 0 2 e 1 H k y k 2. Končni približek je x k = x 0 + Q k y k. Varianta GMRES za simetrične matrike, kjer se namesto Arnoldijeve metode uporabi Lanczoseva, je MINRES.

Računanje lastnih vrednosti Za matriko A in vektor u 1 definiramo podprostor Krilova kot K k (A, u 1 ) = Lin(u 1, Au 1,..., A k 1 u 1 ). Če u 1 ni vsebovan v invariantnem podprostoru dimenzije < k, potem je dim(k k ) = k. Zapišemo lahko tudi K k (A, u 1 ) = {p(a)u 1 : p P k 1 }, kjer je P k 1 prostor vseh polinomov stopnje manjše ali enake k. Iz potenčne metode vemo, da vektorji A j u 1 konvergirajo proti dominantnemu lastnemu vektorju, a v podprostoru K k, ki vsebuje še prejšnje vektorje iz potenčne metode, lahko vedno dobimo še boljšo aproksimacijo za dominanten lastni vektor.

Galerkinov pogoj in Arnoldi Približke za lastne vrednosti in vektorje iz podprostora K k dobimo iz Galerkinovega pogoja Av µv K k, v K k. Ker stolpci U k tvorijo ortonormirano bazo za K k, pri Arnoldijevem algoritmu to pomeni: µ je lastna vrednost k k matrike H k = U H k AU k, v = U k w, kjer je w, w 2 = 1, lastni vektor H k, ki pripada µ. µ je Ritzeva vrednost, v pa Ritzev vektor. Za ostanek velja torej r = Av µv = h k+1,k u k+1 e T k w, r 2 = h k+1,k e T k w.

Konvergenca k zunanjim lastnim vrednostim Za podprostor Krilova velja K k (αa + βi, u 1 ) = K k (A, u 1 ) za poljuben β in α 0. Torej dobimo isti podprostor Krilova ne glede na to, če matriko pomnožimo s skalarjem oziroma uporabimo pomik. To se mora odražati tudi na Ritzevih vrednostih. Ker so metode podprostorov Krilova invariantne na skaliranje in pomike, je položaj lastnih vrednosti glede na koordinatno izhodišče nepomemben. Namesto tega je pomembno, katere lastne vrednosti so zunanje in katere notranje. Če vzamemo najmanjši krog, ki vsebuje vse lastne vrednosti, potem lahko pričakujemo, da bo za naključno izbrane začetne vektorje metoda Krilova najprej skonvergirala k tistim lastnim vrednostim, ki so blizu roba tega kroga. Obstajajo pa pristopi, kako lahko metode podprostorov Krilova pripravimo do tega, da konvergirajo k notranjim lastnim vrednostim.

Shift-and-invert Arnoldi Konvergenco k notranjim lastnim vrednostim lahko izboljšamo, če namesto za A vzamemo podprostor Krilova, ki ga generira matrika (A τi) 1, kjer je τ C dani cilj. Racionalni Arnoldi: Če nas zanimajo lastne vrednosti blizu τ 1,..., τ m : podprostor zgeneriramo z matriko (A τ j ) 1. Polinomsko predpogojevanje: Skonstruiramo fiksen polinom nizke stopnje p, ki naj bi imel pri neželjenih lastnih vrednostih majhno absolutno vrednosti in namesto z matriko A delamo z matriko p(a).

Lastnosti Lanczosevega algoritma časovna zahtevnost in prostorske zahteve so manjše kot pri Arnoldiju, več se da povedati o konvergenci, do izgube ortogonalnosti pride hitreje kot pri Arnoldiju, pojavijo se prividi lastnih vrednosti. Ritzeve vrednosti pri k se prepletajo z Ritzevimi vrednosti pri k + 1, saj se lastne vrednosti T k prepletajo z lastnimi vrednostmi T k+1. Zaradi tega Ritzeve vrednosti monotono konvergirajo prosti lastnim vrednostim matrike A. Če izvajamo osnovno Lanczosevo metodo brez reortogonalizacije, pride do izgube ortogonalnosti in dobimo navidezne večkratne lastne vrednosti. Opazimo, da se ortogonalnost baze za podprostor Krilova poslabša takrat, ko kak izmed Ritzevih vektorjev skonvergira do lastnega vektorja.