一种求解约束二次型最小化的特征值算法

计算科学 优化 本征系统
2021-12-06 23:35:03

我有一个二次形式(其中是对称矩阵和),我想最小化给定规范化约束xTAxARn×nxRnxTx=1

因为是无向图的邻接矩阵,所以我知道它是对称的、实数的并且也是稀疏的。A

解决此类问题的合适的内存保守算法是什么?

求解特征系统然后将第一个最小的非零特征值及其相关特征向量作为解是否很好?Ax=λx

如果这是继续进行的方法,如何通过子空间迭代获​​得最小的特征值?

2个回答

最优目标函数值将是的最小特征值,包括零个特征值,最优解将是对应于该特征值的特征向量。AA

根据定义,特征向量必须是非零向量。

得出此答案的一种方法是注意对称矩阵将始终具有特征分解 =,其中是正交矩阵,的特征值组成的对角矩阵(因此它们正确对应于的列)。使用变换,并回忆正交矩阵保留标准内积范数,问题等价于AAQTΛQQΛAQy=QxminxTx=1xTAxminyTy=1yTΛy后一个问题的解决方案是一个向量,其唯一的非零条目是一个,在对应于最小特征值的索引处。

正如 Arnold Neumaier 所说,Lanczos 会起作用。

x=0不满足约束,因此无关紧要。您的问题的解决方案是属于的最小特征值的任何归一化特征向量。A

Lanczos 算法可以有效地找到大型稀疏矩阵的最小特征值的特征向量,请参阅http://en.wikipedia.org/wiki/Lanczos_algorithm