FGG02

Podobni dokumenti
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

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

FGG14

FGG13

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

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

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

DN5(Kor).dvi

Kazalo 1 DVOMESTNE RELACIJE Operacije z dvomestnimi relacijami Predstavitev relacij

Brownova kovariancna razdalja

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

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

resitve.dvi

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

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

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

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

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

GeomInterp.dvi

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

STAVKI _5_

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

Rešene naloge iz Linearne Algebre

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

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

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

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

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

Microsoft Word - UP_Lekcija04_2014.docx

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

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

CpE & ME 519

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

Slide 1

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

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

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

Srednja šola za oblikovanje

M

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

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

Statistika, Prakticna matematika, , izrocki

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

Vrste

LaTeX slides

P181C10111

'Kombinatoricna optimizacija / Lokalna optimizacija'

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

1. izbirni test za MMO 2018 Ljubljana, 16. december Naj bo n naravno število. Na mizi imamo n 2 okraskov n različnih barv in ni nujno, da imam

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

Strojna oprema

resitve.dvi

PREDMETNI KURIKULUM ZA RAZVOJ METEMATIČNIH KOMPETENC

P182C10111

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

RAČUNALNIŠKA ORODJA V MATEMATIKI

Teorija kodiranja in kriptografija 2013/ AES

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

ANALITIČNA GEOMETRIJA V RAVNINI

Namesto (x,y)R uporabljamo xRy

Uvod v diferencialne enačbe, kompleksno in Fourierovo analizo Bojan Magajna Fakulteta za matematiko in fiziko, Univerza v Ljubljani

PowerPoint Presentation

MAGIČNI KVADRATI DIMENZIJE 4n+2

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

Microsoft PowerPoint - Java-rekurzija.ppt

Predtest iz za 1. kontrolno nalogo- 2K Teme za kontrolno nalogo: Podobni trikotniki. Izreki v pravokotnem trikotniku. Kotne funkcije poljubnega kota.

Ime in priimek

Osnove verjetnosti in statistika

Poslovilno predavanje

Poročilo za 1. del seminarske naloge- igrica Kača Opis igrice Kača (Snake) je klasična igrica, pogosto prednaložena na malce starejših mobilnih telefo

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

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

Diapozitiv 1

Posebne funkcije

NAVODILA AVTORJEM PRISPEVKOV

Microsoft PowerPoint - ep-vaja-02-web.pptx

Turingov stroj in programiranje Barbara Strniša Opis in definicija Definirajmo nekaj oznak: Σ abeceda... končna neprazna množica simbolo

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 računalništvo Enopredmetna matematika IZPIT IZ VERJETNOSTI IN STA

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

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

Generatorji toplote

resitve.dvi

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

Microsoft Word - ge-v01-osnove

UNIVERZA V MARIBORU TEHNIŠKA FAKULTETA VTO ELEKTROTEHNIKA, RAČUNALNIŠTVO IN INFORMATIKA Jože VORŠIČ Tine ZORIČ Matrične metode v razreševanju električ

Lehmerjev algoritem za racunanje najvecjega skupnega delitelja

MEHANIKA I - sinopsis predavanj za študente matematike v letu 2017/ OSNOVE NEWTONOVE MEHANIKE Literatura Aganovič, Veselič, Uvod v anali

LaTeX slides

Univerza v Ljubljani Fakulteta za računalništvo in informatiko Urška Oražem Primerjava metod za rangiranje MAGISTRSKO DELO MAGISTRSKI PROGRAM DRUGE ST

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

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

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

Univerza na Primorskem FAMNIT, MFI Vrednotenje zavarovalnih produktov Seminarska naloga Naloge so sestavni del preverjanja znanja pri predmetu Vrednot

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

1 Naloge iz Matematične fizike II /14 1. Enakomerno segreto kocko vržemo v hladnejšo vodo stalne temperature. Kako se spreminja s časom temperat

Numerika

Microsoft Word - M docx

Transkripcija:

6.6 Simetrični problem lastnih vrednosti Če je A = A T, potem so lastne vrednosti realne, matrika pa se da diagonalizirati. Schurova forma za simetrično matriko je diagonalna matrika. Lastne vrednosti označimo tako, da velja λ 1 λ 2 λ n. Lastne vektorje x 1,..., x n lahko izberemo tako, da tvorijo ortonormirano bazo.

Rayleighov kvocient Za x 0 in A = A T definiramo Rayleighov kvocient Lastnosti Rayleighovega kvocienta: ρ(a, x) = xt Ax x T x. a) Za α 0 je ρ(a, x) = ρ(a, αx). b) ρ(x i, A) = λ i. c) Za vsak x 0 velja λ 1 ρ(a, x) λ n. d) Če si mislimo, da je x približek za lastni vektor, je ρ(a, x) najboljša aproksimacija za lastno vrednost v smislu, da je min σ Ax σx 2 dosežen pri σ = ρ(a, x).

Pomembni izreki za simetrični problem lastnih vrednosti Izrek 1. [Courant-Fischerjev minimaks izrek] λ i = min S R n dim(s)=n i+1 max x S x 0 ρ(a, x) = max R R n dim(r)=i min x R x 0 ρ(a, x). Izrek 2. [Weylov izrek] Če sta A, E simetrični matriki in so λ 1 λ n lastne vrednosti A, λ 1 λ n pa lastne vrednosti A + E, potem za i = 1,..., n velja λ i λ i E 2. Izrek 3. [Cauchyjev izrek o prepletanju] r r podmatrika matrike A, potem velja Če je A simetrična matrika in je A r vodilna λ r+1 (A r+1 ) λ r (A r ) λ r (A r+1 ) λ 2 (A r+1 ) λ 1 (A r ) λ 1 (A r+1 ). Izrek 4. Če je A simetrična matrika, x 2 = 1 in β približek za lastno vrednosti, potem ima matrika A vsaj en lastni par (q, α), ki zadošča (β qλi)

6.7 QR metoda V primeru simetrične matrike je zgornja Hessenbergova matrika tridiagonalna. Za redukcijo na tridiagonalno obliko še vedno porabimo O(n 3 ), potem pa en korak QR iteracije lahko izvedemo v O(n) namesto v O(n 2 ) pri nesimetričnem problemu. Pri QR iteraciji torej najprej poiščemo ortogonalno matriko Q, da je T tridiagonalna, potem pa delamo QR z enojnim premikom. Naj bo a (k) 1 b (k) 1 b (k) 1 a (k) 2 b (k) 2 T k =.......... b (k) n 2 a (k) n 1 b (k) n 1 b (k) n 1 a (k) n = Q T AQ Kako izberemo premik: σ k = a (k) n : V tem primeru imamo za skoraj vse matrike zagotovljeno kubično konvergenco, a vseeno obstajajo primeri, ko metoda ne konvergira.

Wilkinsonov premik: Za σ k vzamemo tisto lastno vrednost matrike [ a (k) n 1 b (k) n 1 b (k) n 1 a (k) n ki je bližja a (k) n. Sedaj imamo za vse matrike dokazano vsaj linearno konvergenco, v praksi pa imamo za skoraj vse matrike kubično konvergenco (a brez dokaza). Obdiagonalne elemente postavimo na 0, kadar velja b (k) j ɛ( a (k) j + a (k) j+1 ). ], Ostale metode Za simetrične tridiagonalne matrike imamo poleg QR še nekaj posebnih metod: Uporaba inercije in Sylvestrovega izreka. Deli in vladaj. RRR (relative robust representation).

6.8 Jacobijeva metoda Ta metoda je uporabna le za simetrične matrike. Matriko A z množenji z Givensovimi rotacijami z leve in desne poskusimo spraviti čim bližje diagonalni matriki. Tvorimo zaporedje ortogonalno podobnih matrik A = A 0, A 1, A 2,..., kjer je A k+1 = R T pq A kr pq, Givensovo (Jacobijevo) rotacijo R pq določimo tako, da uničimo element a pq. Iz zveze [ ] [ ] [ ] [ ] c s app a pq c s âpp 0 = s c s c 0 â qq a pq a qq dobimo, da je c = cos(θ), s = sin(θ), kjer je ctg(2θ) = a(k) pp a(k) qq 2a (k) pq Pri vsakem množenju se spremenita p-ta in q-ta vrstica ter stolpec matrike,.

Definicija 5. off(a) 2 = n a jk 2. j,k=1 j k Lema 6. Če A = R T pq AR pq dobimo iz A z Jacobijevo rotacijo R pq, potem je off(a ) 2 = off(a) 2 2a 2 pq. Z vsako Jacobijevo rotacijo se tako zmanjša off(a). Kako uničujemo elemente: klasična varianta: vedno največjega, najhitrejša konvergenca, a veliko primerjanja; ciklična varianta: v vedno enakem vrstnem redu, lahko slabo; pragovna varianta: v danem vrstnem redu, a uničimo le tiste elemente, ki so po absolutni vrednosti čez neko mejo, ki jo zmanjšamo v vsakem sprehodu. Iteriramo, dokler ni off(a (k) ) pod neko mejo.

6.9 Računanje singularnega razcepa Za matriko A R m n bi radi izračunali singularni razcep A = UΣV T. Ker velja dobimo preprosto idejo: 1) izračunamo A T A, A T A = V Σ T ΣU T, 2) rešimo lastni problem A T A = V ΛV T, odtod dobimo V, 3) za Σ vzamemo m n matriko, ki ima v zgornjem bloku kvadratni koren Λ, 4) rešimo sistem UΣ = AV za matriko U. [ ] 1 1 Računanje na ta način ni numerično stabilno. Če vzamemo npr. A = 0, kjer je [ ] η [ ] 1 1 1 1 η = 1 2 u, potem je AT A =, v premični piki pa se to zaokroži v. 1 1 + η 1 1 Numerično izračunane singularne vrednosti so zato 2 in 0, točne pa so 2 in η. Pri majhnih singularnih vrednostih lahko torej pride do velike relativne napake.

Prevedba na dvakrat večjo matriko Računanju A T A se poskušamo izogniti. Lema 7. Naj bo B kvadratna matrike n n s singularnimi vrednostmi in vektorji Bv i = σ i u i, i = 1,..., n. Lastne vrednosti matrike C = [ 0 A T A 0 [ ] so ±σ i, ustrezni lastni vektorji pa 1 vi 2, i = 1,..., n. ±u i ] Dokaz. Naj bo A = UΣV T singularni razcep za A. Potem velja [ 0 A T ] [ ] [ V V V V = A 0 U U U U ] [ ] Σ 0. 0 Σ Tako lahko računamo singularni razcep brez računanja A T A a z dvakrat večjo matriko.

Redukcija na bidiagonalno obliko Pri računanju SVD za A (razen pri Jacobijevi metodi) matriko najprej reduciramo na bidiagonalno obliko. Postopek je: 1) poišči ortogonalni matriki U 1, V 1, da bo A = U 1 BV T 1 2) izračunaj SVD za B: B = U 2 ΣV T 2, 3) SVD razcep za A je A = (U 1 U 2 )Σ(V 1 V 2 ) T. Če je B = a 1 b 1...... a n 1 B T [ P T 0 B 0 b n 1 a n in B bidiagonalna,, potem po ustrezni permutaciji velja ] P = 0 a 1 a 1 0 b 1 b 1 0... a 2...... b n 1 0 a n a n 0.

Jacobijeva metoda Spet delamo s polno matriko A. Mislimo si, da delamo Jacobijevo metodo za računanje lastnih vrednosti na A T A, pri čemer spet ne računamo A T A. Če delamo jac(a T A, p, q) to pomeni, da iz A T A dobimo R T pq AT AR pq. delamo z A in v enem koraku iz A dobimo AR pq. Zato lahko Za rotacijo potrebujemo b pp = (A T A) pp, b pq = (A T A) pq, b qq = (A T A) qq. Po rotaciji (p, q) se v A spremenita stolpca p in q. V poštev pride le pragovna varianta, saj bi morali pri klasični izračunati vse elemente A T A, da bi lahko poiskali ustrezno rotacijo. Končamo, ko velja b pq ɛ b pp b qq za vse p q. Na koncu dobimo: σ i = A(:, i) 2, (to je v bistvu b ii ), U = [u 1 u n ], kjer je u i = 1 σ i A(:, i).

6.10 Posplošeni problemi lastnih vrednosti Rešujemo Ax = λbx. Denimo, da imamo poseben primer, kjer je A = A T in B s.p.d.. V tem primeru B razcepimo po Choleskem v B = V V T in dobimo, Ax = λv V T x V 1 Ax = λv T x V 1 AV T V T x = λv T x Tako smo dobili simetričen lastni problem Cy = λy, kjer je C = V 1 AV T y = V T x. Če bi vzeli kar preprosto B 1 Ax = λx, pa bi izgubili simetričnost. in

Ax = λw T DW x Rešujemo Ax = λbx, kjer je B = W T GW, G s.p.d. in W pravokotna matrika polnega ranga. Potem 1. razcep Choleskega G = LL T, 2. QR razcep L T W = QR, 3. dobimo Ax = λr T Rx, odtod pa R T AR 1 Rx = λrx. Končni problem je Cy = λy, kjer je C = R T AR 1 in y = Rx.

A T DAx = ω 2 B T MBx Rešujemo A T DAx = ω 2 B T MBx, kjer sta A, B pravokotni matriki in D, M s.p.d.. Potem 1. razcep Choleskega D = G T G, 2. razcep Choleskega M = R T R, 3. dobimo (GA) T (GA)x = ω 2 (RB) T (RB)x, 4. uporabimo posplošeni singularni razcep GA = UCX T, RB = V SX T, kjer sta U, V ortogonalni, C, S diagonalni in X nesingularna matrika, 5. dobimo C T Cy = ω 2 S T Sy, kjer je y = X T x. Končna rešitev je ω k = c k sk za k = 1,..., n.

Kvadratni problem lastnih vrednosti Iščemo rešitve za λ 2 Ax + λbx + Cx = 0, x 0, det A 0. Dobimo 2n lastnih vrednosti. Načini reševanja so npr. a) prevedba na standardni nesimetrični lastni problem kjer so M = [ Mu = λu ] 0 I A 1 C A 1, u = B b) prevedba na posplošeni simetrični problem lastnih vrednosti Mz = λnz [ ] x λx kjer so M = [ B C C 0 ], z = [ ] x, N = λx [ A 0 0 C ].

Zgled uporabe kvadratnega problema lastnih vrednosti Za zgled vzemimo nihanje dušenega sistema mas in vzmeti. Če predpostavimo q 0 = q n+1 = 0, potem iz Newtonovega zakona dobimo enačbe m i q i (t) = k i ( qi (t) q i 1 (t) ) k i+1 ( qi (t) q i+1 (t) ) c i q i (t), i = 1,..., n, iz katerih sestavimo M q(t) + C q(t) + Kq(t) = 0,

kjer je M = m 1..., C = c 1..., K = m n k 1 + k 2 k 2 k 2............ k n c n. k n k n + k n+1 M je masna matrika, C matrika dušenja, K pa togostna matrika. V primeru, ko so vse lastne vrednosti enostavne, ima splošna rešitev homogene diferencialne enačbe M q(t) + C q(t) + Kq(t) = 0, obliko q(t) = 2n k=1 α k e λ k t x k, kjer so α 1,..., α 2n poljubne konstante, λ 1,..., λ n so lastne vrednsoti, x 1,..., x 2n pa lastni vektorji za λ 2 Mx + λcx + Kx = 0.

6.11 Matlab ukazi [X,D]=eig(A): Vrne diagonalno matriko D z lastnimi vrednostmi in matriko X, katere stolpci so lastni vektorji. d=eig(a): Vrne vektor lastnih vrednosti matrike A. [Q,H]=hess(A): Vrne ortogonalno matriko Q in zgornjo Hessenbergovo matriko H, da je A = QHQ T. [Q,T]=schur(A): Vrne Schurov razcep matrika A, kjer je T kvazi zgornja trikotna matrika, Q pa ortogonalna matrika, da je A = QT Q T. d=eig(a,b): Vrne vektor lastnih vrednosti posplošenega problema lastnih vrednosti Ax = λbx. [X,D]=eig(A,B): Vrne diagonalno matriko D z lastnimi vrednostmi in matriko X, katere stolpci so lastni vektorji posplošenega problema lastnih vrednosti Ax = λbx. [U,V,X,C,S] = gsvd(a,b): Vrne posplošeni razcep singularnih vrednosti za matriki A in B, kjer sta U in V ortogonalni, X je nesingularna, C in S pa sta nenegativni diagonalni matriki, tako da je A = UCX T, B = V SX T, C T C + S T S = I.