特征空间基连续取决于参数

计算科学 本征系统 离散化
2021-12-12 10:55:12

我有一个 Hermitian 矩阵H这取决于两个参数说xy. 当我在两个接近的点对角化它时(x1,y1)(x2,y2)我得到两个接近的特征值(ε1ε2) 和两个对应的特征空间 (S1S2) 相同的维度。

请注意,它们不是同一矩阵的特征值。有两种不同的矩阵:H1=H(x1,y1)H2=H(x2,y2).

我有一个网格点(xi,yi)并希望使用插值在任意点找到特征值和特征空间。问题在于,由于矩阵在数字上是对角化的,因此S1S2是完全独立的。即使(x1,y1)(x2,y2)非常接近,基向量可以有非常不同的分量。

对于插值,我需要一个取决于xy连续,即特征空间越接近S1S2越接近的应该是基向量。

如果S1S2是 3 维欧几里得空间中的平原,那么在 S2 中选择基的一个好方法是围绕作为平原交点的线旋转 S1 的基。在复杂的多维空间中是否有类似的东西?

1个回答

为简单起见,假设只有一个参数t而不是你们两个。

为了你可以有连续的特征空间,你需要假设相关的特征值几乎没有交叉。(对于几乎交叉的特征值,尽管特征值曲线不接触,但很可能会发生本质上的特征空间交换。这在对称参数特征值问题中经常发生,称为避免交叉现象。)

如果特征空间H(t)到连续特征值λ(t)是的列空间Qk什么时候t=tk,你需要假设一个形式Q(t)=Q0+jΦj(t)Zj具有固定基函数Φj(t)(例如,B 样条)和Q0作为其中之一Qk,然后拟合系数矩阵Zj和(低维特征空间变换Yk到近似方程QkYkjΦj(tk)ZjQ0. 这是一个很容易解决的线性最小二乘问题。

使用 2 个参数,用 FEM 形状函数替换 B 样条。您的最小二乘问题现在可能变得很大,如果直接解决方案不可行,则需要适当的额外技巧来解决问题。