Имея трехдиагональную линейную систему SPD, можем ли мы предварительно вычислить, чтобы любые три индекса могли быть связаны за O (1) время?


11

Рассмотрим симметричную положительно определенную трехдиагональную линейную систему где A ∈ R n × n и b ∈ R n . Для трех индексов 0 ≤ i < j < k < n , если предположить , что выполняются только строки уравнения строго между i и k , мы можем исключить промежуточные переменные, чтобы получить уравнение вида u x i + v x j + w x k = с

Ax=b
A∈Rn×nb∈Rn0≤i<j<k<nik
uxi+vxj+wxk=c
где . Это уравнение связывает значение x j с x i , x k независимо от «внешнего» влияния (скажем, если было введено ограничение, влияющее на x 0 ).v>0xjxi,xkx0

Вопрос : Можно ли предварительно обработать линейную систему за время O ( n ), чтобы уравнение связи для любого ( i , j , k ) можно было определить за время O ( 1 ) ?Ax=bO(n)(i,j,k)O(1)

Если диагональ равна 2, отклонения от диагонали - 1 , а b = 0 , то желаемый результат является аналитическим результатом для дискретизированного уравнения Пуассона. К сожалению, невозможно преобразовать общую трехдиагональную систему SPD в уравнение Пуассона с постоянными коэффициентами, не нарушая трехдиагональную структуру, в основном потому, что разные переменные могут иметь разные уровни «экранирования» (локально строгой положительной определенности). Например, простое диагональное масштабирование x может устранить половину 2 n - 1 степеней свободы A, но не другую половину.A−1b=0x2n−1A

Интуитивно понятно, что решение этой проблемы потребовало бы организации проблемы таким образом, чтобы объем скрининга можно было накапливать в массив линейных размеров, а затем каким-то образом «отменять», чтобы получить уравнение связывания для данной тройки.

O(n)O(1)

Ответы:


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


Реализовав это, я могу подтвердить, что (1) он работает в точной арифметике и (2) он чрезвычайно нестабилен. Интуитивно понятно, что это решение выполняет экстраполяцию экспоненциальных функций, что нарушает хороший интерполяционный характер эллиптических задач.
— Джеффри Ирвинг

bj≈0nlog⁡n

O(n)O(log⁡n)

2

Интересно, могли бы вы сделать что-то полезное с факторизацией циклическим редукцией A (которая, я считаю, все еще имеет размер O (n)), повторно используя столько блоков, которые остались бы неизменными при факторинге смежной главной подматрицы A. Я сомневаюсь это дает вам O (1), но, возможно, O (log n) ...


O(log⁡n)

У вас нет шансов на амортизацию?
— Роберт Бридсон

Там происходит много другой амортизации, так что это вполне возможно. Я пока не знаю как.
— Джеффри Ирвинг

Это то, что мне нужно, чтобы амортизировать стоимость: cstheory.stackexchange.com/questions/18655/… .
— Джеффри Ирвинг

Большой! Кто-то опубликовал замечательное решение этого исторического вопроса, поэтому мне больше не нужен ответ на этот вопрос. Операция умножения полугрупп в этом вопросе исключает промежуточную переменную.
— Джеффри Ирвинг

1

Вот еще одна попытка, которая более стабильна, чем метод отмены, но все же не очень хороша.

AB=A−1

Bij=bi+1⋯bjdj+1⋯dnδi⋯δn

i≤jbidi,δiULLUAi<j<k

xj=(BjiBki)T(BiiBikBkiBkk)−1(xixk)

ikik2×2

[1]: Джерард Меурант (1992), "Обзор обратной симметрической диагональной и блочной трехдиагональной матриц".

Используя наш сайт, вы подтверждаете, что прочитали и поняли нашу Политику в отношении файлов cookie и Политику конфиденциальности.
Licensed under cc by-sa 3.0 with attribution required.