是否有后向稳定○~( n日志( 1 / ε ) )O~(nlog⁡(1/ϵ))算法来分解一个复杂的多项式?

计算科学 多项式 稳定
2021-11-27 19:09:50

找到复数多项式的根通常在数值上非常不稳定,如(1)中所讨论的。根据 Pan ( (2) , (3) ),这产生了一个三次复杂度下限,他提出了一种近似最优算法,该算法在算术上是拟线性的,在布尔(控制流)复杂度上是拟三次的。他的算法是对分裂圆法的改进。

然而,这个下限仅适用于我们想要前向稳定(即正确)答案的情况。如果我们对向后稳定的答案感到满意,可以为稍微修改的输入问题找到正确的根,我希望可以实现更快的复杂性。有谁知道这样的算法是否存在,特别是如果我们只需要后向稳定性,分裂圆变体是否可以在准线性时间内运行?

笔记:ϵO~(nlog(1/ϵ))模糊地指的是结果的相对向后精度(您必须将系数移动到计算答案的根的量)。我不确定正确的定义是什么ϵ将是,因为不同的系数可以以显着不同的量改变多项式值。

2个回答

我不知道理论的复杂性。但是,对于作为有限幂级数给出的多项式的所有零点,实际上最快的算法是 Traub [1] 的算法。它影响程度n多项式通常O(n2)时间。

另见[2]。

对于仅通过其函数值可访问的多项式的因式分解,请参见例如我的论文 [3]。

参考:

  1. 詹金斯 MA,特劳布 JF1972. 算法 419:复多项式的零点 [C2]。ACM 15 的通讯:97-99。
  2. 潘薇1997. 求解多项式方程:一些历史和最新进展。暹罗评论 39:187。
  3. 纽迈尔A. 2003. 封闭多项式的零簇。计算与应用数学杂志 156:389-401。[ PDF ]

正如 [1] 中提到的,Reif [2] 给出了一个O(nlog2n(logn+logϵ))当所有根都是实数的情况下的算法,即O(nlog3n)只要ϵ=nO(1). 他只分析了精确算术的情况,但经过算法后,我相信它是(或可以修改为)向后稳定的。他的方法是专门针对实线的分裂圆方法的改进变体。

在精确的算术情况下,这给出O(nlog3n)Hermitian 三对角特征问题的算法。然而,由于第一步是计算特征多项式,我相信这种方法的稳定性会很差。

他指出,至少到 1999 年,对于一般复杂根案例的类似有效算法是未知的。

  1. 为什么 Householder 反射不能对角化矩阵?
  2. Reif, J. 1999。实根和对称三对角特征值问题的有效算法。