SPD tridiagonal linear 시스템이 주어지면 O (1) 시간에 세 개의 인덱스를 연결할 수 있도록 사전 계산할 수 있습니까?


11

대칭 양의 명확한 정삼각형 선형 시스템 여기서 A ∈ R n × n 및 b ∈ R n을 고려하십시오 . 세 개의 인덱스 0 ≤ i < j < k < n이 주어지면 i 와 k hold 사이의 방정식 행만 가정 하면 중간 변수를 제거하여 u x i + v x j + w x k = 형식의 방정식을 얻을 수 있습니다 씨

Ax=b
A∈Rn×nb∈Rn0≤i<j<k<nik
uxi+vxj+wxk=c
여기서 입니다. 이 식의 값에 관한 X의 J 행 X I를 , X K "외부"의 영향은 독립적 (영향 제약 경우 말하는 X 0 도입 하였다).v>0xjxi,xkx0

질문 : 선형 시스템 를 O ( n ) 시간 에 사전 처리하여 어떤 ( i , j , k )에 대한 연결 방정식을 O ( 1 ) 시간 으로 결정할 수 있습니까?Ax=bO(n)(i,j,k)O(1)

대각선의 경우 2의 offdiagonals은 - (1) 및 B = 0 원하는 결과가 이산화 포아송 방정식에 대한 분석 결과이다. 불행하게도, 3 차원 구조를 파괴하지 않고 일반적인 SPD 3 각형 시스템을 상수 계수 푸 아송 방정식으로 변환하는 것은 불가능하다. 본질적으로 다른 변수는 상이한 수준의 "스크리닝"(국소 적으로 엄격한 양의 정한도)을 가질 수 있기 때문이다. 대각선의 간단한 스케일링 X는 , 예를 들면, 절반 없앨 수 2 N - 1 의 자유도 아닌 나머지 절반.A−1b=0x2n−1A

직관적으로,이 문제에 대한 해결책은 문제를 정리하여 선별 량을 선형 크기 배열에 축적 한 다음 어떻게 든 주어진 삼중에 대한 연결 방정식에 도달하기 위해 "취소"할 수 있도록해야합니다.

O(n)O(1)

답변:


2

b=0n(0,i,n−1)0≤i<n

xi=aix0+bixn−1

i<jijxn−1

bjxi=aibjx0+bibjxn−1bixj=ajbix0+bibjxn−1bjxi−bixj=(aibj−ajbi)x0xi=aibj−ajbibjx0+bibjxj

x0(i,j,k)bj=0bj=0


이것을 구현 한 후에는 (1) 정확한 산술에서 작동하고 (2) 매우 불안정하다는 것을 확인할 수 있습니다. 직관적으로이 솔루션은 지수 함수의 외삽을 많이 수행하여 타원 문제의 훌륭한 보간 특성을 깨뜨립니다.
— Geoffrey Irving

bj≈0nlog⁡n

O(n)O(log⁡n)

2

A의 순환 축소 인수 분해 (여전히 O (n) 크기라고 생각 함)로 유용한 무언가를 수행 할 수 있는지 궁금해서 A의 연속적인 주요 하위 행렬을 인수 분해 할 때 변경되지 않은 블록을 재사용합니다. 그것은 당신에게 O (1)을 주지만, 아마도 O (log n) ...


O(log⁡n)

할부 상환 기회가 없습니까?
— Robert Bridson

다른 할부 상환이 진행 중이므로 가능합니다. 그래도 아직 모르겠습니다.
— Geoffrey Irving

: 이것은 내가 비용 멀리 상환 할 필요가 무엇 cstheory.stackexchange.com/questions/18655/...을 .
— Geoffrey Irving 1

큰! 누군가가 그 cstheory 질문에 대한 훌륭한 해결책을 게시 했으므로 더 이상이 질문에 대한 답변이 필요하지 않습니다. 이 질문에서 반 그룹 곱셈 연산은 중간 변수를 제거합니다.
— Geoffrey Irving

1

다음은 취소 방법보다 안정적이지만 여전히 좋지 않은 다른 시도입니다.

AB=A−1

Bij=bi+1⋯bjdj+1⋯dnδi⋯δn

i≤jbidi,δiULLUAi<j<k

xj=(BjiBki)T(BiiBikBkiBkk)−1(xixk)

ikik2×2

[1] : Gerard Meurant (1992), "대칭 대각선 및 블록 삼각형 행렬의 역수에 대한 검토".

당사 사이트를 사용함과 동시에 당사의 쿠키 정책과 개인정보 보호정책을 읽고 이해하였음을 인정하는 것으로 간주합니다.
Licensed under cc by-sa 3.0 with attribution required.