Главная » Просмотр файлов » Press, Teukolsly, Vetterling, Flannery - Numerical Recipes in C

Press, Teukolsly, Vetterling, Flannery - Numerical Recipes in C (523184), страница 29

Файл №523184 Press, Teukolsly, Vetterling, Flannery - Numerical Recipes in C (Press, Teukolsly, Vetterling, Flannery - Numerical Recipes in C) 29 страницаPress, Teukolsly, Vetterling, Flannery - Numerical Recipes in C (523184) страница 292013-09-15СтудИзба
Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 29)

The upper triangular matrix R is returned in the upper triangle of a, except for the diagonal elements of R which are returned ind[1..n]. The orthogonal matrix Q is represented as a product of n − 1 Householder matricesQ1 . . . Qn−1 , where Qj = 1 − uj ⊗ uj /cj . The ith component of uj is zero for i = 1, . . . , j − 1while the nonzero components are returned in a[i][j] for i = j, . .

. , n. sing returns astrue (1) if singularity is encountered during the decomposition, but the decomposition is stillcompleted in this case; otherwise it returns false (0).{int i,j,k;float scale,sigma,sum,tau;*sing=0;for (k=1;k<n;k++) {scale=0.0;for (i=k;i<=n;i++) scale=FMAX(scale,fabs(a[i][k]));if (scale == 0.0) {Singular case.*sing=1;c[k]=d[k]=0.0;} else {Form Qk and Qk · A.for (i=k;i<=n;i++) a[i][k] /= scale;for (sum=0.0,i=k;i<=n;i++) sum += SQR(a[i][k]);sigma=SIGN(sqrt(sum),a[k][k]);a[k][k] += sigma;c[k]=sigma*a[k][k];d[k] = -scale*sigma;for (j=k+1;j<=n;j++) {for (sum=0.0,i=k;i<=n;i++) sum += a[i][k]*a[i][j];tau=sum/c[k];for (i=k;i<=n;i++) a[i][j] -= tau*a[i][k];}}}d[n]=a[n][n];if (d[n] == 0.0) *sing=1;}The next routine, qrsolv, is used to solve linear systems.

In many applications only thepart (2.10.4) of the algorithm is needed, so we separate it off into its own routine rsolv.100Chapter 2.Solution of Linear Algebraic Equationsvoid qrsolv(float **a, int n, float c[], float d[], float b[])Solves the set of n linear equations A · x = b. a[1..n][1..n], c[1..n], and d[1..n] areinput as the output of the routine qrdcmp and are not modified. b[1..n] is input as theright-hand side vector, and is overwritten with the solution vector on output.{void rsolv(float **a, int n, float d[], float b[]);int i,j;float sum,tau;for (j=1;j<n;j++) {Form QT · b.for (sum=0.0,i=j;i<=n;i++) sum += a[i][j]*b[i];tau=sum/c[j];for (i=j;i<=n;i++) b[i] -= tau*a[i][j];}rsolv(a,n,d,b);Solve R · x = QT · b.}void rsolv(float **a, int n, float d[], float b[])Solves the set of n linear equations R · x = b, where R is an upper triangular matrix stored ina and d.

a[1..n][1..n] and d[1..n] are input as the output of the routine qrdcmp andare not modified. b[1..n] is input as the right-hand side vector, and is overwritten with thesolution vector on output.{int i,j;float sum;b[n] /= d[n];for (i=n-1;i>=1;i--) {for (sum=0.0,j=i+1;j<=n;j++) sum += a[i][j]*b[j];b[i]=(b[i]-sum)/d[i];}}See [2] for details on how to use QR decomposition for constructing orthogonal bases,and for solving least-squares problems.

(We prefer to use SVD, §2.6, for these purposes,because of its greater diagnostic capability in pathological cases.)Updating a QR decompositionSome numerical algorithms involve solving a succession of linear systems each of whichdiffers only slightly from its predecessor. Instead of doing O(N 3 ) operations each timeto solve the equations from scratch, one can often update a matrix factorization in O(N 2 )operations and use the new factorization to solve the next set of linear equations. The LUdecomposition is complicated to update because of pivoting. However, QR turns out to bequite simple for a very common kind of update,A → A+s⊗t(2.10.7)(compare equation 2.7.1).

In practice it is more convenient to work with the equivalent formA = Q·R→A = Q · R = Q · (R + u ⊗ v)(2.10.8)One can go back and forth between equations (2.10.7) and (2.10.8) using the fact that Qis orthogonal, givingt = v and either s = Q · u oru = QT · s(2.10.9)The algorithm [2] has two phases. In the first we apply N − 1 Jacobi rotations (§11.1) toreduce R + u ⊗ v to upper Hessenberg form. Another N − 1 Jacobi rotations transform thisupper Hessenberg matrix to the new upper triangular matrix R . The matrix Q is simply theproduct of Q with the 2(N − 1) Jacobi rotations. In applications we usually want QT , andthe algorithm can easily be rearranged to work with this matrix instead of with Q.2.10 QR Decomposition101#include <math.h>#include "nrutil.h"void qrupdt(float **r, float **qt, int n, float u[], float v[])Given the QR decomposition of some n × n matrix, calculates the QR decomposition of thematrix Q · (R+ u ⊗ v).

The quantities are dimensioned as r[1..n][1..n], qt[1..n][1..n],u[1..n], and v[1..n]. Note that QT is input and returned in qt.{void rotate(float **r, float **qt, int n, int i, float a, float b);int i,j,k;for (k=n;k>=1;k--) {Find largest k such that u[k] = 0.if (u[k]) break;}if (k < 1) k=1;for (i=k-1;i>=1;i--) {Transform R + u ⊗ v to upper Hessenberg.rotate(r,qt,n,i,u[i],-u[i+1]);if (u[i] == 0.0) u[i]=fabs(u[i+1]);else if (fabs(u[i]) > fabs(u[i+1]))u[i]=fabs(u[i])*sqrt(1.0+SQR(u[i+1]/u[i]));else u[i]=fabs(u[i+1])*sqrt(1.0+SQR(u[i]/u[i+1]));}for (j=1;j<=n;j++) r[1][j] += u[1]*v[j];for (i=1;i<k;i++)Transform upper Hessenberg matrix to upper trirotate(r,qt,n,i,r[i][i],-r[i+1][i]);angular.}#include <math.h>#include "nrutil.h"void rotate(float **r, float **qt, int n, int i, float a, float b)Given matrices r[1..n][1..n] and qt[1..n][1..n], carry out a Jacobi rotation√ on rowsi and i + 1√of each matrix.

a and b are the parameters of the rotation: cos θ = a/ a2 + b2 ,sin θ = b/ a2 + b2 .{int j;float c,fact,s,w,y;if (a == 0.0) {Avoid unnecessary overflow or underflow.c=0.0;s=(b >= 0.0 ? 1.0 : -1.0);} else if (fabs(a) > fabs(b)) {fact=b/a;c=SIGN(1.0/sqrt(1.0+(fact*fact)),a);s=fact*c;} else {fact=a/b;s=SIGN(1.0/sqrt(1.0+(fact*fact)),b);c=fact*s;}for (j=i;j<=n;j++) {Premultiply r by Jacobi rotation.y=r[i][j];w=r[i+1][j];r[i][j]=c*y-s*w;r[i+1][j]=s*y+c*w;}for (j=1;j<=n;j++) {Premultiply qt by Jacobi rotation.y=qt[i][j];w=qt[i+1][j];qt[i][j]=c*y-s*w;qt[i+1][j]=s*y+c*w;}}102Chapter 2.Solution of Linear Algebraic EquationsWe will make use of QR decomposition, and its updating, in §9.7.CITED REFERENCES AND FURTHER READING:Wilkinson, J.H., and Reinsch, C.

1971, Linear Algebra, vol. II of Handbook for Automatic Computation (New York: Springer-Verlag), Chapter I/8. [1]Golub, G.H., and Van Loan, C.F. 1989, Matrix Computations, 2nd ed. (Baltimore: Johns HopkinsUniversity Press), §§5.2, 5.3, 12.6. [2]2.11 Is Matrix Inversion an N 3 Process?We close this chapter with a little entertainment, a bit of algorithmic prestidigitation which probes more deeply into the subject of matrix inversion. We startwith a seemingly simple question:How many individual multiplications does it take to perform the matrixmultiplication of two 2 × 2 matrices,a11a21a12a22 b11·b21b12b22=c11c21c12c22(2.11.1)Eight, right? Here they are written explicitly:c11 = a11 × b11 + a12 × b21c12 = a11 × b12 + a12 × b22c21 = a21 × b11 + a22 × b21(2.11.2)c22 = a21 × b12 + a22 × b22Do you think that one can write formulas for the c’s that involve only sevenmultiplications? (Try it yourself, before reading on.)Such a set of formulas was, in fact, discovered by Strassen [1].

The formulas are:Q1 ≡ (a11 + a22 ) × (b11 + b22 )Q2 ≡ (a21 + a22 ) × b11Q3 ≡ a11 × (b12 − b22 )Q4 ≡ a22 × (−b11 + b21 )Q5 ≡ (a11 + a12 ) × b22Q6 ≡ (−a11 + a21 ) × (b11 + b12 )Q7 ≡ (a12 − a22 ) × (b21 + b22 )(2.11.3)2.11 Is Matrix Inversion an N 3 Process?103in terms of whichc11 = Q1 + Q4 − Q5 + Q7c21 = Q2 + Q4c12 = Q3 + Q5(2.11.4)c22 = Q1 + Q3 − Q2 + Q6What’s the use of this? There is one fewer multiplication than in equation(2.11.2), but many more additions and subtractions.

It is not clear that anythinghas been gained. But notice that in (2.11.3) the a’s and b’s are never commuted.Therefore (2.11.3) and (2.11.4) are valid when the a’s and b’s are themselvesmatrices. The problem of multiplying two very large matrices (of order N = 2m forsome integer m) can now be broken down recursively by partitioning the matricesinto quarters, sixteenths, etc. And note the key point: The savings is not just a factor“7/8”; it is that factor at each hierarchical level of the recursion. In total it reducesthe process of matrix multiplication to order N log2 7 instead of N 3 .What about all the extra additions in (2.11.3)–(2.11.4)? Don’t they outweighthe advantage of the fewer multiplications? For large N , it turns out that there aresix times as many additions as multiplications implied by (2.11.3)–(2.11.4). But,if N is very large, this constant factor is no match for the change in the exponentfrom N 3 to N log2 7 .With this “fast” matrix multiplication, Strassen also obtained a surprising resultfor matrix inversion [1].

Suppose that the matricesa11 a12c11 c12and(2.11.5)a21 a22c21 c22are inverses of each other. Then the c’s can be obtained from the a’s by the followingoperations (compare equations 2.7.22 and 2.7.25):R1 = Inverse(a11 )R2 = a21 × R1R3 = R1 × a12R4 = a21 × R3R5 = R4 − a22R6 = Inverse(R5 )c12 = R3 × R6c21 = R6 × R2R7 = R3 × c21c11 = R1 − R7c22 = −R6(2.11.6)104Chapter 2.Solution of Linear Algebraic EquationsIn (2.11.6) the “inverse” operator occurs just twice. It is to be interpreted as thereciprocal if the a’s and c’s are scalars, but as matrix inversion if the a’s and c’s arethemselves submatrices. Imagine doing the inversion of a very large matrix, of orderN = 2m , recursively by partitions in half. At each step, halving the order doublesthe number of inverse operations. But this means that there are only N divisions inall! So divisions don’t dominate in the recursive use of (2.11.6). Equation (2.11.6)is dominated, in fact, by its 6 multiplications.

Характеристики

Тип файла
PDF-файл
Размер
5,29 Mb
Тип материала
Учебное заведение
Неизвестно

Список файлов книги

Свежие статьи
Популярно сейчас
Зачем заказывать выполнение своего задания, если оно уже было выполнено много много раз? Его можно просто купить или даже скачать бесплатно на СтудИзбе. Найдите нужный учебный материал у нас!
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
6451
Авторов
на СтудИзбе
305
Средний доход
с одного платного файла
Обучение Подробнее