큰 희소 행렬 (수만 행) 의 스펙트럼 ( 모든 고유 값) 을 계산하고 싶습니다 . 이것은 어렵다.
나는 근사치를 기꺼이 해결하려고한다. 이를 수행하기위한 근사법이 있습니까?
이 질문에 대한 일반적인 답변을 희망하지만 다음과 같은 경우에 대한 답변도 만족할 것입니다. 내 행렬은 큰 그래프 의 정규화 된 라플라시안 입니다. 고유 값은 0과 2 사이이며 많은 수의 값이 1 주위에 모여 있습니다.
큰 희소 행렬 (수만 행) 의 스펙트럼 ( 모든 고유 값) 을 계산하고 싶습니다 . 이것은 어렵다.
나는 근사치를 기꺼이 해결하려고한다. 이를 수행하기위한 근사법이 있습니까?
이 질문에 대한 일반적인 답변을 희망하지만 다음과 같은 경우에 대한 답변도 만족할 것입니다. 내 행렬은 큰 그래프 의 정규화 된 라플라시안 입니다. 고유 값은 0과 2 사이이며 많은 수의 값이 1 주위에 모여 있습니다.
답변:
그래프가 방향이 정해지지 않은 경우 (필자가 생각할 때) 행렬은 대칭이므로 Lanczsos 알고리즘보다 더 나은 작업을 수행 할 수 없습니다 (안정성을 위해 필요한 경우 선택적인 직교 화). 전체 스펙트럼이 100000 개의 숫자로 구성되어 있기 때문에 스펙트럼 밀도에 주로 관심이 있다고 생각합니다.
대략적인 스펙트럼 밀도를 얻으려면 치수가 100 정도 인 주요 Krylov 하위 공간의 스펙트럼을 가져 와서 이산 밀도를 스무드 버전으로 바꾸십시오.
주요 Krylov 스펙트럼은 잘 분리 된 고유 값 (이것이 존재해야 함)을 거의 해결하고, 비 분리 물 스펙트럼의 끝에서 고유 값을 근사하며, 누적 분포 함수가 실제 스펙트럼의 분포와 유사한 분포로 중간에 다소 임의적입니다. . 치수가 커지면 정확한 산술로 수렴합니다. (연산자가 무한한 차원 인 경우에도 마찬가지입니다. 연속 스펙트럼에서 실제 스펙트럼 밀도 함수의 적분을 얻을 수 있습니다.)
Arnold Neumaier의 답변은 Lin Lin, Yousef Saad 및 Chao Yang (2016) 의 논문 "대규모 매트릭스의 대략적인 스펙트럼 밀도" 의 섹션 3.2에서 자세히 설명 합니다.
다른 방법들도 논의되어 있지만 논문 마지막 부분의 수치 분석은 Lanczos 방법이 이러한 대안을 능가한다는 것을 보여줍니다.
스펙트럼을 특성화하는 또 다른 방법이 있습니다.
고유 값 문제가 주어지면 (실제 대칭 A 와 분리 된 고유 값을 가정 하지만 후자는 필요하지는 않지만) 번짐 스펙트럼 밀도 S ( ω ) = ∑ k π − 1 σ 를 추정 해 봅시다
위의 방법은 비슷하게 번지는 Krylov 스펙트럼 밀도보다 스펙트럼의 일부를 더 균등하게 계량하는 것으로 보입니다. 이는 유사 스펙트럼 접근 방식과 다소 유사하지만 결과는 지점 부근의 고유 값 수를 나타냅니다. 가장 가까운 고유 값에 대한 역 거리가 아니라 .
Sanjiv Kumar, Mehryar Mohri & Ameet Talwalkar (ICML 2009.)의 "샘플링 기반 근사 스펙트럼 분해"논문을 참조하십시오. 행렬의 열 샘플링을 사용합니다.
행렬이 대칭이므로 다음을 수행해야합니다.
A를 n * n 행렬이라고합시다. n * n 행렬의 고유 값 계산을 k * k 행렬의 고유 값 계산으로 줄이려고합니다. 먼저 k 값을 선택하십시오. 500 * 500 행렬의 고유 값을 쉽게 계산할 수 있으므로 k = 500을 선택한다고 가정 해 보겠습니다. 그런 다음 행렬 A의 k 개의 열을 임의로 선택합니다. 이러한 열과 해당 행만 유지하는 행렬 B를 구성합니다.
임의의 k 인덱스 집합에 대한 B = A (x, x) x
B는 이제 ak * k 행렬입니다. B의 고유 값을 계산하고 (n / k)를 곱하십시오. 이제 n의 고유 값과 같이 대략적으로 분포 된 k 개의 값이 있습니다. n이 아닌 k 개의 값만 가져 오지만 분포는 정확합니다 (근사치 임).
Gershgorin Circle Theorem 경계를 항상 사용 하여 고유 값에 근접 할 수 있습니다 .
비대 각 항이 작 으면 대각선 자체가 스펙트럼의 근사치입니다. 그렇지 않으면 (다른 방법으로) 고유 공간의 근사값으로 끝나면이 시스템에서 대각선 항목을 표현하려고 시도 할 수 있습니다. 이것은 대각선 이외의 항이 더 작은 행렬로 이어지고 새로운 대각선이 더 나은 스펙트럼 근사치가됩니다.