矩阵的属性如何影响线性系统求解

计算科学 线性代数 线性求解器
2021-12-04 16:51:12

对于一般矩阵A,有很多性质可以描述它:对称正定或不定、条件数、谱等。我很好奇这些属性如何影响直接方法和迭代方法(如多重网格、krylov 子空间方法)的矩阵 A 求解。谢谢。

2个回答

这是一个相当大的问题:-)

我可能会建议您查阅有关数值线性代数的书 - 例如 Y. Saad 的稀疏线性系统迭代方法。这是一个庞大而复杂的主题,需要学习许多不同的怪癖。

然而,一般来说,低条件数是好的,因为这意味着解决方案对系统右侧的变化不太敏感。正定性很重要,原因有很多(有些方法,例如共轭梯度,没有它就无法工作)。您对矩阵的对称性、结构和属性了解得越多,就越容易找到线性求解器,更重要的是,知道您的结果会有多好。

如果这个答案不是您所希望的,我很抱歉,但可以就这个主题写整本书。也许您可以将问题缩小一点——您是在解决一个特定的问题,还是只是为了学习数值线性代数?

为了在直接求解器方面添加一点,可以利用矩阵对称性来为您节省 2 倍的内存(无论确定性如何)。对称正定甚至更好,因为您甚至不需要旋转并且可以使用基于 BLAS3/GEMM 的 Cholesky 分解。对称不定矩阵仍然可以节省内存,但应使用 LDL 进行分解,这需要 2x2 旋转才能稳定。这只会产生 BLAS2 的速度(我认为您可以为 BLAS3 阻止这些算法,但最终会得到较弱的稳定性保证)。