Главная » Просмотр файлов » Higham - Accuracy and Stability of Numerical Algorithms

Higham - Accuracy and Stability of Numerical Algorithms (523152), страница 96

Файл №523152 Higham - Accuracy and Stability of Numerical Algorithms (Higham - Accuracy and Stability of Numerical Algorithms) 96 страницаHigham - Accuracy and Stability of Numerical Algorithms (523152) страница 962013-09-15СтудИзба
Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 96)

For any Aeigenvalues as A (to be precise, compan(A) is normal if and only if a0 = 1 andai = 0 for i > 0).Companion matrices tend to have interesting pseudospectra, as illustratedin Figure 26.2. For more information on the pseudospectra of companionmatrices see Toh and Trefethen [1007, 1994].26.7. Notes and ReferencesThe earliest reference to the Hilbert matrix appears to be [570, 1894], whereinHilbert obtains the formula (26.2) for det(H n ).The formula (26.1) for Hn-l is taken from Choi [207, 1983], who describesvarious interesting properties of the Hilbert matrix and its infinite analogue.An excellent reference for the derivation of formulae for the inverse of theCauchy and Hilbert matrices is Knuth [667, 1973, pp.

35–37]. Another reference for the Cauchy matrix is Tyrtyshnikov [1034, 1991]. The formulae (26.3)and (26.4) for the Cholesky factor and its inverse are from Choi [207, 1983]and Todd [1004, 1954].Forsythe and Moler [396, 1967] have a chapter devoted to the Hilbert matrix, in which they describe the underlying least squares problem and discussnumerical computation of the inverse. There have been many papers on thePROBLEMS527Hilbert matrix; two of particular interest are by Todd [1004, 1954], [1005,1961].Other references on the eigenvalues and condition numbers of randommatrices include Edelman [336, 1991], [339, 1992] and Kostlan [671, 1992].Anderson, Olkin, and Underhill [20, 1987] suggest another way to construct random orthogonal matrices from the Haar distribution, based on products of random Givens rotations. Marsaglia and Olkin [728, 1984] discuss thegeneration of random correlation matrices (symmetric positive semidefinitematrices with ones on the diagonal).The involuntary triangular matrix pascal (n, 1) arises in the step-size changing mechanism in an ordinary differential equation code based on backwarddifferentiation formulae; see Shampine and Reichelt [912, 1995].We mention some other collections of test matrices.

The Harwell-Boeingcollection of sparse matrices, largely drawn from practical problems, is presented by Duff, Grimes, and Lewis [327, 1989], [328, 1992]. Bai [36, 1994] isbuilding a collection of test matrices for large-scale nonsymmetric eigenvalueproblems. Zielke [1128, 1986] gives various parametrized rectangular matricesof fixed dimension with known generalized inverses. Demmel and McKenney [299, 1989] present a suite of Fortran 77 codes for generating randomsquare and rectangular matrices with prescribed singular values, eigenvalues,band structure, and other properties.

This suite was the inspiration for therandsvd routine in the Test Matrix Toolbox and is part of the testing codefor LAPACK (see below).26.7.1. LAPACKThe LAPACK distribution contains a suite of routines for generating test matrices, located in the directory LAPACK/TESTING/MATGEN (in Unix notation).These routines (whose names are of the form xLAxxx) are used for testingwhen LAPACK is installed and are not described in the LAPACK Users’Guide [17, 1995].Problems26.1. Investigate the spectral and pseudospectral properties of pentadiagnal Toeplitz matrices. See Figure 26.3 (pentoep is a function in the TestMatrix Toolbox that generates matrices of this type).

References are Beamand Warming [85, 1993] and Reichel and Trefethen [866, 1992].26.2. (R ESEARCH PROBLEM ) Two methods for generating a real orthogonal matrix from the Haar distribution are Stewart’s method (Theorem 26.1),based on Householder transformations, and a method of Anderson, Olkin,and Underhill [20, 1987], based on Givens rotations. Compare the efficiencyA G ALLERY528OFT EST M ATRICESpentoep(32,0,1/2,0,0,1)inv(pentoep(32,0,1,1,0,.25))pentoep(32,0,1/2,1,1,1)pentoep(32,0,1,0,0,1/4)Figure 26.3.

Pseudospectm of 32 x 32 pentadiagonal Toeplitz matrices.of these two methods when used to generate randsvd matrices. Investigatethe use of the Givens rotations approach to construct random banded matrices with given singular values and random symmetric banded matrices withgiven eigenvalues, and compare with the technique of generating a full matrixand then using band reduction (as implemented in the routine randsvd in theTest Matrix Toolbox).26.3.

(RESEARCH PROBLEM) Develop an efficient algorithm for computing aunit upper triangular n x n matrix with prescribed singular values σ1, . . . . σ n ,wherePrevious HomeAppendix ASolutions to Problemswe have1.1 SinceHence if< 0.01, say, then there is no difference between Erel andpractical purposes.for1.2. Nothing can be concluded about the last digit before the decimal point. Evaluating y to higher precision yieldst3540y262537412640768743.99999999999925007262537412640768743.9999999999992500725972This shows that the required digit is, in fact, 3. The interesting fact that y is so closeto an integer was pointed out by Lehmer [697, 1943], who explains its connectionwith number theory.

It is known that y is irrational [959, 1991].1.3.1.2. 2sin3. ( x – y)(x + y). Cancellation has not been avoided, but it is now harmless if xand y are known exactly (see also Problem 3.9).4. sin x/(1 + cos x).5. c = ((a – b)2 + ab(2sinθ/ 2 ) 2 ) 1 / 2 .1.4. a + ib = (x + iy)2 = x2 – y2 + 2ixy, so b = 2xy and a = x2 – y2, givingx2 – b2 /(4x 2) = a, or 4x4 – 4ax2 – b2 = 0.

HenceIf a > 0 we use this formula with the plus sign, since x2 > 0. If a < 0 this formulais potentially unstable, so we use the rewritten form529NextS OLUTIONS530TOP ROBLEMSIn either case we get two values for x and recover y from y = b /(2x ). Note thatthere are other issues to consider here, such as scaling to avoid overflow.1.5. We need a way to compute f(x) = log(1 + x) accurately for all x > 0. Astraightforward evaluation of log(1 + x) is not sufficient, since the addition 1 + xloses significant digits of x when x is small. The following method is effective (foranother approach, see Hull, Fairgrieve, and Tang [592, 1994]): calculate w = 1 + xand then computeThe explanation of why this method works is similar to that for the method in§1.14.1.

We have = (1 + x)(1 + δ), |δ| < u, and if= 1 then |x| < u + u2+ u3+ · · ·,2so from the Taylor series f(x) = x(1 – x/2 + x /3 – · · ·) we see that f(x) = x is acorrectly rounded result. IfthenDefining=: 1 + z,so if(thus x0) thenThus, with 1 + θ :=showing thatis an accurate approximation to f(x) = log(1 + x).1.7. From (1.4) we haveS OLUTIONSTO531P ROBLEMSThis yields the following inequality, which is attainable to first order:Dividing byThe result forand taking the limit asfollows fromgives the expression forwhere the inequality is attainable (Cauchy–Schwarz), together with the relationThatis easily verified.1.8.

The general solution to the recurrence iswhere a, b, and c are arbitrary constants. The particular starting values chosenyield a = 0, b = c = 1, so thatRounding errors in the evaluation (and in the representation of x1 on a binarymachine) cause a nonzero “a” term to be introduced, and the computed values areapproximately of the formfor a constant η of order the unit roundoff. Hence the computed iterates rapidlyconverge to 100.

Note that resorting to higher precision merely delays the inevitableconvergence to 100. Priest [844, 1992, pp. 54–56] gives some interesting observationson the stability of the evaluation of the recurrence.1.9. WritingC:= adj(A) =we have532S OLUTIONSTOP ROBLEMSso– (1/d) A ∆Cb, so |r| < γ3 |A||A-l||b|, which implies the normwiseAlso, r = b –residual bound. Note that the residual bound shows thatwillbe small if x is a large-normed solution1.10.

LetThen, sinceFor any standard summation method we have (see §4.2)satisfiesHence, definingthat is,where2.1. There are 1 + 2(e max – emin + 1)(β – 1)β t-1 normalized numbers (the “1” is forzero), and 2(β t–1 – 1) subnormal numbers. For IEEE arithmetic we therefore haveS OLUTIONSTO533P ROBLEMSsingle precisiondouble precisionNormalized Subnormal1.7 x 1074.3 x 109191.8 x 109 x 10152.2.

Without loss of generality suppose x > 0. We can write x = m x β e-t, whereβ t-l < m < β t. The next larger floating point number is x + ∆x, where ∆x = β e - t ,andThe same upper bound clearly holds for the “next smaller” case, and the lowerbound in this case is also easy to see.2.3. The answer is the same for all adjacent nonzero pairs of single precision numbers. Suppose the numbers are 1 and 1 +(single) = 1 + 2-23.

Характеристики

Тип файла
PDF-файл
Размер
6,84 Mb
Тип материала
Учебное заведение
Неизвестно

Список файлов книги

Свежие статьи
Популярно сейчас
А знаете ли Вы, что из года в год задания практически не меняются? Математика, преподаваемая в учебных заведениях, никак не менялась минимум 30 лет. Найдите нужный учебный материал на СтудИзбе!
Ответы на популярные вопросы
Да! Наши авторы собирают и выкладывают те работы, которые сдаются в Вашем учебном заведении ежегодно и уже проверены преподавателями.
Да! У нас любой человек может выложить любую учебную работу и зарабатывать на её продажах! Но каждый учебный материал публикуется только после тщательной проверки администрацией.
Вернём деньги! А если быть более точными, то автору даётся немного времени на исправление, а если не исправит или выйдет время, то вернём деньги в полном объёме!
Да! На равне с готовыми студенческими работами у нас продаются услуги. Цены на услуги видны сразу, то есть Вам нужно только указать параметры и сразу можно оплачивать.
Отзывы студентов
Ставлю 10/10
Все нравится, очень удобный сайт, помогает в учебе. Кроме этого, можно заработать самому, выставляя готовые учебные материалы на продажу здесь. Рейтинги и отзывы на преподавателей очень помогают сориентироваться в начале нового семестра. Спасибо за такую функцию. Ставлю максимальную оценку.
Лучшая платформа для успешной сдачи сессии
Познакомился со СтудИзбой благодаря своему другу, очень нравится интерфейс, количество доступных файлов, цена, в общем, все прекрасно. Даже сам продаю какие-то свои работы.
Студизба ван лав ❤
Очень офигенный сайт для студентов. Много полезных учебных материалов. Пользуюсь студизбой с октября 2021 года. Серьёзных нареканий нет. Хотелось бы, что бы ввели подписочную модель и сделали материалы дешевле 300 рублей в рамках подписки бесплатными.
Отличный сайт
Лично меня всё устраивает - и покупка, и продажа; и цены, и возможность предпросмотра куска файла, и обилие бесплатных файлов (в подборках по авторам, читай, ВУЗам и факультетам). Есть определённые баги, но всё решаемо, да и администраторы реагируют в течение суток.
Маленький отзыв о большом помощнике!
Студизба спасает в те моменты, когда сроки горят, а работ накопилось достаточно. Довольно удобный сайт с простой навигацией и огромным количеством материалов.
Студ. Изба как крупнейший сборник работ для студентов
Тут дофига бывает всего полезного. Печально, что бывают предметы по которым даже одного бесплатного решения нет, но это скорее вопрос к студентам. В остальном всё здорово.
Спасательный островок
Если уже не успеваешь разобраться или застрял на каком-то задание поможет тебе быстро и недорого решить твою проблему.
Всё и так отлично
Всё очень удобно. Особенно круто, что есть система бонусов и можно выводить остатки денег. Очень много качественных бесплатных файлов.
Отзыв о системе "Студизба"
Отличная платформа для распространения работ, востребованных студентами. Хорошо налаженная и качественная работа сайта, огромная база заданий и аудитория.
Отличный помощник
Отличный сайт с кучей полезных файлов, позволяющий найти много методичек / учебников / отзывов о вузах и преподователях.
Отлично помогает студентам в любой момент для решения трудных и незамедлительных задач
Хотелось бы больше конкретной информации о преподавателях. А так в принципе хороший сайт, всегда им пользуюсь и ни разу не было желания прекратить. Хороший сайт для помощи студентам, удобный и приятный интерфейс. Из недостатков можно выделить только отсутствия небольшого количества файлов.
Спасибо за шикарный сайт
Великолепный сайт на котором студент за не большие деньги может найти помощь с дз, проектами курсовыми, лабораторными, а также узнать отзывы на преподавателей и бесплатно скачать пособия.
Популярные преподаватели
Добавляйте материалы
и зарабатывайте!
Продажи идут автоматически
6294
Авторов
на СтудИзбе
314
Средний доход
с одного платного файла
Обучение Подробнее