Επιστηµονικός Υπολογισµός Ι

Σχετικά έγγραφα
Γραµµική Αλγεβρα. Ενότητα 2 : Επίλυση Γραµµικών Εξισώσεων. Ευστράτιος Γαλλόπουλος Τµήµα Μηχανικών Η/Υ & Πληροφορικής

Γραµµική Αλγεβρα. Ενότητα 1 : Εισαγωγή στη Γραµµική Αλγεβρα. Ευστράτιος Γαλλόπουλος Τµήµα Μηχανικών Η/Υ & Πληροφορικής

Επιστηµονικός Υπολογισµός Ι

Γραµµική Αλγεβρα. Ενότητα 3 : ιανυσµατικοί Χώροι και Υπόχωροι. Ευστράτιος Γαλλόπουλος Τµήµα Μηχανικών Η/Υ & Πληροφορικής

Επιστηµονικός Υπολογισµός Ι Ενότητα 5 - Επίλυση Γραµµικών Συστηµάτων. Ευστράτιος Γαλλόπουλος

Γραµµική Αλγεβρα. Ενότητα 7 : Γραµµικοί Μετασχηµατισµοί. Ευστράτιος Γαλλόπουλος Τµήµα Μηχανικών Η/Υ & Πληροφορικής

Γραµµική Αλγεβρα. Ενότητα 4 : Ορθογωνιότητα. Ευστράτιος Γαλλόπουλος Τµήµα Μηχανικών Η/Υ & Πληροφορικής

Γραµµική Αλγεβρα. Ενότητα 6 : Ιδιοτιµές & Ιδιοδιανύσµατα. Ευστράτιος Γαλλόπουλος Τµήµα Μηχανικών Η/Υ & Πληροφορικής

Γραµµική Αλγεβρα. Ενότητα 2 : Επίλυση Γραµµικών Εξισώσεων. Ευστράτιος Γαλλόπουλος Τµήµα Μηχανικών Η/Υ & Πληροφορικής

Επιστηµονικός Υπολογισµός Ι

Γραµµική Αλγεβρα. Ενότητα 6 : Ιδιοτιµές & Ιδιοδιανύσµατα. Ευστράτιος Γαλλόπουλος Τµήµα Μηχανικών Η/Υ & Πληροφορικής

Γραµµική Αλγεβρα. Ενότητα 6 : Ιδιοτιµές & Ιδιοδιανύσµατα. Ευστράτιος Γαλλόπουλος Τµήµα Μηχανικών Η/Υ & Πληροφορικής

QR είναι ˆx τότε x ˆx. 10 ρ. Ποιά είναι η τιµή του ρ και γιατί (σύντοµη εξήγηση). P = [X. 0, X,..., X. (n 1), X. n] a(n + 1 : 1 : 1)

Διδάσκων: Καθηγητής Νικόλαος Μαρμαρίδης, Καθηγητής Ιωάννης Μπεληγιάννης

Γραµµική Αλγεβρα. Ενότητα 7 : Γραµµικοί Μετασχηµατισµοί. Ευστράτιος Γαλλόπουλος Τµήµα Μηχανικών Η/Υ & Πληροφορικής

Γραµµική Αλγεβρα. Ενότητα 3 : ιανυσµατικοί Χώροι και Υπόχωροι. Ευστράτιος Γαλλόπουλος Τµήµα Μηχανικών Η/Υ & Πληροφορικής

Επιστηµονικός Υπολογισµός Ι Ενότητα 1 - Εισαγωγή. Ευστράτιος Γαλλόπουλος

Γραµµική Αλγεβρα. Ενότητα 1 : Εισαγωγή στη Γραµµική Αλγεβρα. Ευστράτιος Γαλλόπουλος Τµήµα Μηχανικών Η/Υ & Πληροφορικής

Υπολογιστικά & Διακριτά Μαθηματικά

Παναγιώτης Ψαρράκος Αν. Καθηγητής

Εισαγωγή στους Αλγορίθμους

ΓΡΑΜΜΙΚΗ ΑΛΓΕΒΡΑ. ΕΝΟΤΗΤΑ: Αριθμητική Γραμμική Άλγεβρα (1) ΔΙΔΑΣΚΩΝ: Βλάμος Παναγιώτης ΙΟΝΙΟ ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΤΜΗΜΑ ΠΛΗΡΟΦΟΡΙΚΗΣ

Εισαγωγή στους Αλγορίθμους

ΑΝΟΙΚΤΑ ΑΚΑΔΗΜΑΪΚΑ ΜΑΘΗΜΑΤΑ ΑΡΙΣΤΟΤΕΛΕΙΟ ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΘΕΣΣΑΛΟΝΙΚΗΣ. Λογισμός 4. Ενότητα 2: Ορισμός του ολοκληρώματος. Μιχ. Γ. Μαριάς Τμήμα Μαθηματικών

Μαθηματικά. Ενότητα 3: Εξισώσεις και Ανισώσεις 1 ου βαθμού. Σαριαννίδης Νικόλαος Τμήμα Λογιστικής και Χρηματοοικονομικής

Εισαγωγή στους Αλγορίθμους

Θεωρία Τελεστών. Ενότητα: Χώροι µε νόρµα - Χώροι Hilbert. Αριστείδης Κατάβολος. Τµήµα Μαθηµατικών

Εισαγωγή στους Αλγορίθμους Φροντιστήριο 1

Γραµµική Αλγεβρα. Ενότητα 5 : Ορίζουσες. Ευστράτιος Γαλλόπουλος Τµήµα Μηχανικών Η/Υ & Πληροφορικής

ΓΡΑΜΜΙΚΟΣ & ΔΙΚΤΥΑΚΟΣ ΠΡΟΓΡΑΜΜΑΤΙΣΜΟΣ

Γραµµική Αλγεβρα. Ενότητα 1 : Εισαγωγή στη Γραµµική Αλγεβρα. Ευστράτιος Γαλλόπουλος Τµήµα Μηχανικών Η/Υ & Πληροφορικής

Γραµµική Αλγεβρα. Ενότητα 3 : ιανυσµατικοί Χώροι και Υπόχωροι. Ευστράτιος Γαλλόπουλος Τµήµα Μηχανικών Η/Υ & Πληροφορικής

Εισαγωγή στην Τοπολογία

Αρµονική Ανάλυση. Ενότητα: L 2 -σύγκλιση σειρών Fourier. Απόστολος Γιαννόπουλος. Τµήµα Μαθηµατικών

ΜΕΜ251 Αριθμητική Ανάλυση

ΓΡΑΜΜΙΚΟΣ & ΔΙΚΤΥΑΚΟΣ ΠΡΟΓΡΑΜΜΑΤΙΣΜΟΣ

ΜΑΘΗΜΑΤΙΚΑ ΓΙΑ ΟΙΚΟΝΟΜΟΛΟΓΟΥΣ

Επιστηµονικός Υπολογισµός Ι

Παναγιώτης Ψαρράκος Αν. Καθηγητής

Λογισμός 3. Ενότητα 4:Συνέχεια διανυσματικών συναρτήσεων-ιδιότητες της συνέχειας. Μιχ. Γ. Μαριάς Τμήμα Μαθηματικών ΑΝΟΙΚΤΑ ΑΚΑ ΗΜΑΪΚΑ ΜΑΘΗΜΑΤΑ

3 η ΕΝΟΤΗΤΑ Συναρτήσεις στο MATLAB

Τίτλος Μαθήματος: Γραμμική Άλγεβρα Ι. Ενότητα: Βαθµίδα Πίνακα. Διδάσκων: Καθηγητής Νικόλαος Μαρμαρίδης. Τμήμα: Μαθηματικών

ΓΡΑΜΜΙΚΗ ΑΛΓΕΒΡΑ. ΕΝΟΤΗΤΑ: Άλγεβρα των Πινάκων (2) ΔΙΔΑΣΚΩΝ: Βλάμος Παναγιώτης ΙΟΝΙΟ ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΤΜΗΜΑ ΠΛΗΡΟΦΟΡΙΚΗΣ

Επιστηµονικός Υπολογισµός Ι

Αρµονική Ανάλυση. Ενότητα: Το ϑεώρηµα παρεµβολής του Riesz και η ανισότητα Hausdorff-Young. Απόστολος Γιαννόπουλος.

Γραµµική Αλγεβρα Ι. Ενότητα: ιανυσµατικοί χώροι. Ευάγγελος Ράπτης. Τµήµα Μαθηµατικών

Επιχειρησιακή Έρευνα

Λογισμός 3. Ενότητα 18: Θεώρημα Πεπλεγμένων (Ειδική περίπτωση) Μιχ. Γ. Μαριάς Τμήμα Μαθηματικών ΑΝΟΙΚΤΑ ΑΚΑ ΗΜΑΪΚΑ ΜΑΘΗΜΑΤΑ

Υπολογιστικά & Διακριτά Μαθηματικά

ΓΡΑΜΜΙΚΗ ΑΛΓΕΒΡΑ ( , c Ε. Γαλλόπουλος) ΓΡΑΜΜΙΚΗ ΑΛΓΕΒΡΑ. Ε. Γαλλόπουλος. ΤΜΗΥΠ Πανεπιστήµιο Πατρών. ιαφάνειες διαλέξεων 28/2/12

Ορίζουσες ΓΡΑΜΜΙΚΗ ΑΛΓΕΒΡΑ. Προηγείται της Γραµµικής Αλγεβρας. Εχει ενδιαφέρουσα γεωµετρική ερµηνεία. ΛΥ.

Μαθηματικά. Ενότητα 6: Ασκήσεις Ορίων Συνάρτησης. Σαριαννίδης Νικόλαος Τμήμα Λογιστικής και Χρηματοοικονομικής

Διδάσκων: Καθηγητής Νικόλαος Μαρμαρίδης, Καθηγητής Ιωάννης Μπεληγιάννης

Άδειες Χρήσης Το παρόν εκπαιδευτικό υλικό υπόκειται σε άδειες χρήσης Creative Commons. Για εκπαιδευτικό υλικό, όπως εικόνες, που υπόκειται σε άλλου τύ

Διδάσκων: Καθηγητής Νικόλαος Μαρμαρίδης, Καθηγητής Ιωάννης Μπεληγιάννης

Παναγιώτης Ψαρράκος Αν. Καθηγητής

ΑΝΟΙΚΤΑ ΑΚΑΔΗΜΑΪΚΑ ΜΑΘΗΜΑΤΑ ΑΡΙΣΤΟΤΕΛΕΙΟ ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΘΕΣΣΑΛΟΝΙΚΗΣ. Λογισμός 4. Ενότητα 5: Το Θεώρημα του Fubini. Μιχ. Γ. Μαριάς Τμήμα Μαθηματικών

ΜΕΜ251 Αριθμητική Ανάλυση

Κυρτή Ανάλυση. Ενότητα: Το ϑεώρηµα του Dvoretzky - Ασκήσεις. Απόστολος Γιαννόπουλος. Τµήµα Μαθηµατικών

Μαθηματική Ανάλυση Ι

ΣΤΑΤΙΣΤΙΚΗ ΕΠΙΧΕΙΡΗΣΕΩΝ

Διδάσκων: Καθηγητής Νικόλαος Μαρμαρίδης, Καθηγητής Ιωάννης Μπεληγιάννης

Επιχειρησιακή Έρευνα

Υπολογιστικά & Διακριτά Μαθηματικά

Ενότητα: Πράξεις επί Συνόλων και Σώµατα Αριθµών

Μαθηματική Ανάλυση Ι

ΓΡΑΜΜΙΚΟΣ & ΔΙΚΤΥΑΚΟΣ ΠΡΟΓΡΑΜΜΑΤΙΣΜΟΣ

Οικονομικά Μαθηματικά

ΓΡΑΜΜΙΚΟΣ & ΔΙΚΤΥΑΚΟΣ ΠΡΟΓΡΑΜΜΑΤΙΣΜΟΣ

Γενικά Μαθηματικά Ι. Ενότητα 12: Κριτήρια Σύγκλισης Σειρών. Λουκάς Βλάχος Τμήμα Φυσικής ΑΝΟΙΚΤΑ ΑΚΑΔΗΜΑΪΚΑ ΜΑΘΗΜΑΤΑ

ΓΡΑΜΜΙΚΟΣ & ΔΙΚΤΥΑΚΟΣ ΠΡΟΓΡΑΜΜΑΤΙΣΜΟΣ

Παναγιώτης Ψαρράκος Αν. Καθηγητής

Παναγιώτης Ψαρράκος Αν. Καθηγητής

Οικονομετρία. Εξειδίκευση του υποδείγματος. Μορφή της συνάρτησης: Πολυωνυμική, αντίστροφη και αλληλεπίδραση μεταβλητών

Διδάσκων: Καθηγητής Νικόλαος Μαρμαρίδης, Καθηγητής Ιωάννης Μπεληγιάννης

ΑΝΟΙΚΤΑ ΑΚΑΔΗΜΑΪΚΑ ΜΑΘΗΜΑΤΑ ΑΡΙΣΤΟΤΕΛΕΙΟ ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΘΕΣΣΑΛΟΝΙΚΗΣ. Λογισμός 4. Ενότητα 3: Το Θεώρημα του Lebesgue. Μιχ. Γ. Μαριάς Τμήμα Μαθηματικών

ΓΡΑΜΜΙΚΟΣ & ΔΙΚΤΥΑΚΟΣ ΠΡΟΓΡΑΜΜΑΤΙΣΜΟΣ

Γενικά Μαθηματικά Ι. Ενότητα 1: Συναρτήσεις και Γραφικές Παραστάσεις. Λουκάς Βλάχος Τμήμα Φυσικής ΑΝΟΙΚΤΑ ΑΚΑΔΗΜΑΪΚΑ ΜΑΘΗΜΑΤΑ

Λογισμός 3. Ενότητα 1: Τοπολογία των Ευκλείδειων χώρων. Μιχ. Γ. Μαριάς Τμήμα Μαθηματικών ΑΝΟΙΚΤΑ ΑΚΑΔΗΜΑΪΚΑ ΜΑΘΗΜΑΤΑ

Θεωρία μέτρου και ολοκλήρωσης

Στοχαστικά Σήματα και Τηλεπικοινωνιές

Κυρτή Ανάλυση. Ενότητα: Ακραία σηµεία - Ασκήσεις. Απόστολος Γιαννόπουλος. Τµήµα Μαθηµατικών

Άδειες Χρήσης Το παρόν εκπαιδευτικό υλικό υπόκειται σε άδειες χρήσης Creative Commons. Για εκπαιδευτικό υλικό, όπως εικόνες, που υπόκειται σε άλλου τύ

Οικονομετρία. Συστήματα συναληθευουσών εξισώσεων Μέθοδοι εκτίμησης. Τμήμα: Αγροτικής Οικονομίας & Ανάπτυξης. Διδάσκων: Λαζαρίδης Παναγιώτης

Θεωρία Βέλτιστου Ελέγχου Ασκήσεις

Θεωρία Πιθανοτήτων & Στατιστική

Διδάσκων: Καθηγητής Νικόλαος Μαρμαρίδης, Καθηγητής Ιωάννης Μπεληγιάννης

3 η ΕΝΟΤΗΤΑ ΜΗ ΓΡΑΜΜΙΚΟΣ ΠΡΟΓΡΑΜΜΑΤΙΣΜΟΣ ΒΕΛΤΙΣΤΟΠΟΙΗΣΗ ΕΝΟΣ ΚΡΙΤΗΡΙΟΥ

ΜΑΘΗΜΑΤΙΚΑ ΓΙΑ ΟΙΚΟΝΟΜΟΛΟΓΟΥΣ

ΓΡΑΜΜΙΚΟΣ & ΔΙΚΤΥΑΚΟΣ ΠΡΟΓΡΑΜΜΑΤΙΣΜΟΣ

Συστήματα Αυτομάτου Ελέγχου II

ΓΡΑΜΜΙΚΟΣ & ΔΙΚΤΥΑΚΟΣ ΠΡΟΓΡΑΜΜΑΤΙΣΜΟΣ

Τίτλος Μαθήματος: ΕΙΣΑΓΩΓΗ ΣΤΗΝ ΑΝΑΛΥΣΗ ΑΛΓΟΡΙΘΜΩΝ

Πανεπιστήμιο Δυτικής Μακεδονίας. Τμήμα Μηχανικών Πληροφορικής & Τηλεπικοινωνιών. Διακριτά Μαθηματικά. Ενότητα 7: Σχέσεις και Συναρτήσεις

Μαθηματικά και Φυσική με Υπολογιστές

Επιστηµονικός Υπολογισµός Ι

Τίτλος Μαθήματος: Συνήθεις Διαφορικές Εξισώσεις Ι

Άδειες Χρήσης Το παρόν εκπαιδευτικό υλικό υπόκειται σε άδειες χρήσης Creative Commons. Για εκπαιδευτικό υλικό, όπως εικόνες, που υπόκειται σε άλλου τύ

Συστήματα Αυτόματου Ελέγχου

Άδειες Χρήσης Το παρόν εκπαιδευτικό υλικό υπόκειται σε άδειες χρήσης Creative Commons. Για εκπαιδευτικό υλικό, όπως εικόνες, που υπόκειται σε άλλου τύ

Transcript:

Επιστηµονικός Υπολογισµός Ι Ενότητα 5 : Επίλυση Γραµµικών Συστηµάτων Ευστράτιος Γαλλόπουλος Τµήµα Μηχανικών Η/Υ & Πληροφορικής

Αδειες Χρήσης Το παρόν εκπαιδευτικό υλικό υπόκειται σε άδειες χρήσης Creative Commons. Για εκπαιδευτικό υλικό, όπως εικόνες, που υπόκειται σε άλλου τύπου άδειας χρήσης, η άδεια χρήσης αναφέρεται ϱητώς. Ευστράτιος Γαλλόπουλος c (ΤΜΗΥΠ, Π. Πατρών) Επιστηµονικός Υπολογισµός Ι 25 Νοεµβρίου 2013 1 / 24

Χρηµατοδότηση Το παρόν εκπαιδευτικό υλικό έχει αναπτυχθεί στα πλαίσια του εκπαιδευτικού έργου του διδάσκοντα. Το έργο «Ανοικτά Ακαδηµαϊκά Μαθήµατα στο Πανεπιστήµιο Πατρών» έχει χρηµατοδοτήσει µόνο τη αναδιαµόρφωση του εκπαιδευτικού υλικού. Το έργο υλοποιείται στο πλαίσιο του Επιχειρησιακού Προγράµµατος «Εκπαίδευση και ια Βίου Μάθηση» και συγχρηµατοδοτείται από την Ευρωπαϊκή Ενωση (Ευρωπαϊκό Κοινωνικό Ταµείο) και από εθνικούς πόρους. Ευστράτιος Γαλλόπουλος c (ΤΜΗΥΠ, Π. Πατρών) Επιστηµονικός Υπολογισµός Ι 25 Νοεµβρίου 2013 2 / 24

Σκοπός Ενότητας Επίλυση γραµµικών συστηµάτων και εκµετάλλευση ιδιοτήτων του µητρώου Παραγοντοποίηση LU µε µερική οδήγηση Επαναληπτική εκλέπτυνση Συµµετρικά ϑετικά ορισµένα µητρώα Παραγοντοποίηση Cholesky και µέθοδος Συζυγών Κλίσεων (CG) Ευστράτιος Γαλλόπουλος c (ΤΜΗΥΠ, Π. Πατρών) Επιστηµονικός Υπολογισµός Ι 25 Νοεµβρίου 2013 3 / 24

Περιεχόµενα 1 Επίλυση τετραγωνικών γραµµικών συστηµάτων (συνέχεια) Επίλυση τριγωνικών συστηµάτων Επίλυση µε αντικατάσταση και χρήση BLAS-1 Ανάλυση σφάλµατος αλγορίθµου επίλυσης τριγωνικού συστήµατος Νόρµες µητρώων Ανάλυση σφάλµατος στην επίλυση τριγωνικού συστήµατος (συνέχεια) Ευστράτιος Γαλλόπουλος c (ΤΜΗΥΠ, Π. Πατρών) Επιστηµονικός Υπολογισµός Ι 25 Νοεµβρίου 2013 4 / 24

Υπενθύµιση προηγούµενης διάλεξης Γενικό πρόβληµα Είδη/τύποι µητρώων Πολυπλοκότητα αντιστροφής Παραγοντοποίηση LU κατά πλοκάδες και συµπλήρωµα Schur Μεθοδολογία παραγοντοποίησης και πλεονεκτήµατα Κλασικές παραγοντοποιήσεις Πολυπλοκότητα παραγοντοποίησης LU για διαφορετικά είδη µητρώων... να αντιλαµβανόµαστε & να αξιοποιούµε τη δοµή (όταν υπάρχει) Ευστράτιος Γαλλόπουλος c (ΤΜΗΥΠ, Π. Πατρών) Επιστηµονικός Υπολογισµός Ι 25 Νοεµβρίου 2013 5 / 24

«Νέα» ϑέµατα!! Υπολογιστικά Αριθµητικά 1 Συµπεριφορά «κλασικών» αλγορίθµων στο µοντέλο ιεραρχικής µνήµης; 2 Τροποποιήσεις για καλύτερη επί/απόδοση υπό το νέο µοντέλο. 3 Υλοποιήσεις 1 Συµπεριφορά «κλασικών» αλγορίθµων στο µοντέλο αριθµητικής. 2 Συµπεριφορά «νέων» αλγορίθµων στο µοντέλο αριθµητικής. Ευστράτιος Γαλλόπουλος c (ΤΜΗΥΠ, Π. Πατρών) Επιστηµονικός Υπολογισµός Ι 25 Νοεµβρίου 2013 6 / 24

Επίλυση τριγωνικών συστηµάτων Εστω A κάτω τριγωνικό: Γράφουµε: λ T i,: x = β i, 1 i n, Υλοποίηση µε BLAS-1 _DOT: DOT {}}{ ξ j = (β j λ j,1:j 1ξ 1:j 1 )/λ jj, j = 1,..., n. Ευστράτιος Γαλλόπουλος c (ΤΜΗΥΠ, Π. Πατρών) Επιστηµονικός Υπολογισµός Ι 25 Νοεµβρίου 2013 7 / 24

Ανάλυση Ω = n j=1 (1 + (2j 2)) = n2 Φ min = n j=1 j + 2n µ min = n+5 = 1 + O( 1) 2n 2 n Οι αλγόριθµοι επίλυσης τριγωνικών συστηµάτων µε 1 δεξιό µέλος ϑεωρούνται BLAS-2. Αν υπάρχουν s δεξιά µέλη: Ω = n j=1 (1 + (2j 2)) = sn2 Φ min = n j=1 j + 2ns µ min = n+4s+1 = 1 + O( 1) 2ns 2s n οπότε για s 1 δεξιά µέλη η επίλυση κατατάσσεται στα BLAS-3. Ευστράτιος Γαλλόπουλος c (ΤΜΗΥΠ, Π. Πατρών) Επιστηµονικός Υπολογισµός Ι 25 Νοεµβρίου 2013 8 / 24

Εναλλακτική υλοποίηση Εστω A κάτω τριγωνικός: b = λ :,1 ξ 1 +... + λ :,n ξ n. β 1. β j. β n = λ 11. λ j1. λ n1 0 ξ 1 +. λ j2. λ n2 ξ 2 +... + 0 0. 0 λ nn ξ n ( λ11 0 1,n 1 ) ( ξ1 ) ( β1 ) λ 2:n,1 A 2:n,2:n ξ 2:n β 2:n Ευστράτιος Γαλλόπουλος c (ΤΜΗΥΠ, Π. Πατρών) Επιστηµονικός Υπολογισµός Ι 25 Νοεµβρίου 2013 9 / 24

Το ξ 1 υπολογίζεται από Υλοποίηση µε BLAS-1 _AXPY: for j = 1 : n 1 ξ j = β j /λ jj for i = j + 1 : n β i = β i λ ij ξ j end end λ 11 ξ 1 = β 1 A 2:n,2:n ξ 2:n = β 2:n λ 2:n,1 ξ 1

Η επίλυση τριγωνικών συστηµάτων στο BLAS API BLAS-2: _ TRSV επίλυση Ax = b BLAS-3: _ TRSM επίλυση AX = B (περισσότερα δεξιά µέλη) _ TRCON εκτίµηση του δείκτη κατάστασης _ TRTRS επίλυση AX = B και A X = B _ TRTRI υπολογισµός A 1 Ευστράτιος Γαλλόπουλος c (ΤΜΗΥΠ, Π. Πατρών) Επιστηµονικός Υπολογισµός Ι 25 Νοεµβρίου 2013 11 / 24

Παρατηρήσεις Εστω το σύνολο των κάτω τριγωνικών µητρώων L = {A R n n A κάτω τριγωνικό }. Τότε Αν A, B L τότε ρa + σb, A B, A 1 L. Αντίστοιχα και για τα άνω τριγωνικά µητρώα Οι πράξεις µε τριγωνικά µητρώα κοστίζουν O(n 2 ). Ευστράτιος Γαλλόπουλος c (ΤΜΗΥΠ, Π. Πατρών) Επιστηµονικός Υπολογισµός Ι 25 Νοεµβρίου 2013 12 / 24

Παρατηρήσεις Εστω το σύνολο των κάτω τριγωνικών µητρώων L = {A R n n A κάτω τριγωνικό }. Τότε Αν A, B L τότε ρa + σb, A B, A 1 L. Αντίστοιχα και για τα άνω τριγωνικά µητρώα Οι πράξεις µε τριγωνικά µητρώα κοστίζουν O(n 2 ). Αξίζει να αξιοποιούµε την πληροφορία ότι το µητρώο είναι τριγωνικό καλώντας κατάλληλους αλγορίθµους. Ευστράτιος Γαλλόπουλος c (ΤΜΗΥΠ, Π. Πατρών) Επιστηµονικός Υπολογισµός Ι 25 Νοεµβρίου 2013 12 / 24

Πίσω ανάλυση σφάλµατος εµπρός αντικατάστασης Εστω n = 2 ( ) ( ) λ11 0 ξ1 = λ 21 λ 22 ξ 2 ( β1 β 2 ) β 1 λ 11(1+δ 1) 1 ξ 1 = β1 ξ1 λ 11 = 2 ξ 2 = β2 λ21ξ1 λ 22 ξ 2 = fl(fl(β 2 fl(λ 21 ξ 1 ))/λ 22 ) Χρησιµοποιώντας τις µεταβλητές t i για τα ενδιάµεσα αποτελέσµατα, t 1 = fl(λ 21 ξ 1 ) = λ 21 ξ 1 (1 + δ 2 ) t 2 = fl(β 2 t 1 ) = (β 2 t 1 )/(1 + δ 3 ) ξ 2 = fl(t 2 /λ 22 ) = t 2 λ 22 (1 + δ 4 ) ξ 2 = λ 21β 1 β 2 λ 22 (1 + δ 4 )(1 + δ 3 ) λ (1 + δ 11(1+δ 1) 2) λ 22 (1 + δ 4 )(1 + δ 3 ) Ευστράτιος Γαλλόπουλος c (ΤΜΗΥΠ, Π. Πατρών) Επιστηµονικός Υπολογισµός Ι 25 Νοεµβρίου 2013 13 / 24

Εποµένως ξ 1 = ξ 2 = β 1 λ 11 (1 + δ 1 ) β 2 λ 22 (1 + θ 2 ) λ 21β 1 λ 11(1+δ 1) (1 + δ 2) λ 22 (1 + θ 2 ) εποµένως ( ) ) λ11 (1 + δ 1 ) 0 ( ξ 1 = λ 21 (1 + δ 2 ) λ 22 (1 + θ 2 ) ξ 2 ( β1 β 2 ) άρα (L + L) x = b, όπου L γ n L

Πίσω ανάλυση σφάλµατος επίλυσης τριγωνικού συστήµατος Αποδεικνύεται: το υπολογισθέν x = ˆx ικανοποιεί τη σχέση b = (L + L)ˆx όπου τα στοιχεία του L είναι ϕραγµένα L γ n L ΣΥΜΠΕΡΑΣΜΑ Η επίλυση τριγωνικών συστηµάτων µε τον αλγόριθµο ϐασισµένο σε DOT είναι προς τα πίσω ευσταθής. Μπορούµε να δείξουµε το ίδιο και για τον αλγόριθµο που ϐασίζεται σε _AXPY. Ευστράτιος Γαλλόπουλος c (ΤΜΗΥΠ, Π. Πατρών) Επιστηµονικός Υπολογισµός Ι 25 Νοεµβρίου 2013 15 / 24

Νόρµες µητρώων Μετρική µεγέθους των στοιχείων ενός µητρώου Επεκτείνει την έννοια που είχαµε για τα διανύσµατα. Υπενθυµίζουµε: Νόρµα διανύσµατος Νόρµα διανύσµατος x C n, x, είναι οποιαδήποτε συνάρτηση µε πεδίο ορισµού το C n και πεδίο τιµών το R που ικανοποιεί: 1 x > 0 εκτός αν x = 0 οπότε x = 0 (ϑετικά ορισµένη) 2 x + y x + y (τριγωνική ανισότητα - υποαθροιστική) 3 αx = α x για α R (απόλυτα οµογενής). Ευστράτιος Γαλλόπουλος c (ΤΜΗΥΠ, Π. Πατρών) Επιστηµονικός Υπολογισµός Ι 25 Νοεµβρίου 2013 16 / 24

Νόρµα µητρώου Βασική ιδέα Οποιαδήποτε συνάρτηση : C n n R που ικανοποιεί τις 3 συνθήκες ορισµού της νόρµας διανύσµατος ονοµάζεται νόρµα µητρώου. Υποπολλαπλασιαστική νόρµα Αν επιπλέον ισχύει ότι C = AB C A B η νόρµα λέγεται υποπολλαπλασιαστική. Ορισµός Για οποιαδήποτε νόρµα διανύσµατος p, ορίζεται η επαγόµενη νόρµα µητρώου A p = max x 0 Ax p x p. Προσοχή: Οι επαγόµενες νόρµες είναι υποπολλαπλασιαστικές. Ευστράτιος Γαλλόπουλος c (ΤΜΗΥΠ, Π. Πατρών) Επιστηµονικός Υπολογισµός Ι 25 Νοεµβρίου 2013 17 / 24

Συνηθισµένες νόρµες µητρώων Εστω A C m n. A 1 = max j m i=1 α i,j. A 2 = λ max (A A) όπου λ max ( ) συµβολίζει τη µέγιστη ιδιοτιµή (ϕασµατική νόρµα). A = max i n j=1 α i,j (νόρµα µεγίστου) Νόρµα Frobenius A F = ( m i=1 Σηµαντικές ιδιότητες και παρατηρήσεις ) 1/2 n α i,j 2. 1 A p = A p για p = 1,, F αλλά όχι για την νόρµα-2. 2 Αν X X = I m, Y Y = I n τότε XAY = A για τις νόρµες-2 και -F. 3 Η νόρµα A = max i,j α i,j δεν έχει την υποπολλαπλασιαστική ιδιότητα. j=1 Ευστράτιος Γαλλόπουλος c (ΤΜΗΥΠ, Π. Πατρών) Επιστηµονικός Υπολογισµός Ι 25 Νοεµβρίου 2013 18 / 24

Ισοδυναµίες Ισοδύναµες νόρµες Αν p και q είναι δύο νόρµες στον ίδιο δ.χ. V τότε λέγονται ισοδύναµες αν υπάρχουν ϑετικές σταθερές γ 1, γ 2 τ.ώ. για κάθε x V, γ 1 x p x q γ 2 x p Σε δ.χ. πεπερασµένων διαστάσεων, όλες οι νόρµες είναι ισοδύναµες. για τις νόρµες διανύσµατος για τις νόρµες µητρώου (παραδείγµατα) 1 2 A 2 A F n A 2 1 1 n n 1 2 1 1 n n A A 2 m A 1 1 1 1 m A 1 A 2 n A 1. Στον πίνακα για τις νόρµες διανυσµάτων, στη γραµµή που αντιστοιχεί στη νόρµα 2, οι αριθµοί 1, 1, n σηµαίνουν x 2 x 1, x 2 x 2, x 2 n x Αντίστοιχος πίνακας µπορεί να συνταχθεί για νόρµες µητρώων. Ευστράτιος Γαλλόπουλος c (ΤΜΗΥΠ, Π. Πατρών) Επιστηµονικός Υπολογισµός Ι 25 Νοεµβρίου 2013 19 / 24

Κατάσταση προβλήµατος ΠΡΟΒΛΗΜΑ Να λυθεί το κάτω τριγωνικό σύστηµα Lx = b ως προς x Πώς επιδρούν µικρές διαταραχές; (L + L)(x + x) = b + b Lx = b Ευστράτιος Γαλλόπουλος c (ΤΜΗΥΠ, Π. Πατρών) Επιστηµονικός Υπολογισµός Ι 25 Νοεµβρίου 2013 20 / 24

Κατάσταση προβλήµατος ΠΡΟΒΛΗΜΑ Να λυθεί το κάτω τριγωνικό σύστηµα Lx = b ως προς x Πώς επιδρούν µικρές διαταραχές; (L + L)(x + x) = b + b Lx = b L x + Lx + L x = b x = L 1 b L 1 Lx L 1 L x x L 1 ( L x + L x + b ) x x κ(l) ( L L + L x L x + b L x ) εποµένως x x κ(l) 1 κ(l) L L ( L L + b ). b Ευστράτιος Γαλλόπουλος c (ΤΜΗΥΠ, Π. Πατρών) Επιστηµονικός Υπολογισµός Ι 25 Νοεµβρίου 2013 20 / 24

Παρατηρήσεις Εµπρός σφάλµα από την πίσω ανάλυση Εστω ότι επιλύουµε Lx = b και ότι η υπολογισµένη λύση µε εµπρός αντικατάσταση είναι ˆx. Χρησιµοποιούµε µία από τις νόρµες-1,, F: από την πίσω ανάλυση, ισχύει (L + L)ˆx = b, όπου L γ n L.. επίσης, (για τις νόρµες-1,, F), L γ n L Το εµπρός σφάλµα ϕράσσεται ως εξής, ˆx x x κ(l) 1 κ(l) L L L L και κ(l) L L 1, τότε το επόµενο ϕράγµα είναι πιο εύληπτο (και αγνοεί όρους τετραγωνικής τάξης) ˆx x x κ(l)γ n. Ευστράτιος Γαλλόπουλος c (ΤΜΗΥΠ, Π. Πατρών) Επιστηµονικός Υπολογισµός Ι 25 Νοεµβρίου 2013 21 / 24

Βιβλιογραφία I Ε. Γαλλόπουλος. Επιστηµονικός Υπολογισµός Ι. Πανεπιστήµιο Πατρών, 2008. Ευστράτιος Γαλλόπουλος c (ΤΜΗΥΠ, Π. Πατρών) Επιστηµονικός Υπολογισµός Ι 25 Νοεµβρίου 2013 22 / 24

Σηµείωµα Αναφοράς Copyright Πανεπιστήµιο Πατρών - Ευστράτιος Γαλλόπουλος 2015 Επιστηµονικός Υπολογισµός Ι, Εκδοση: 1.0, Πάτρα 2013-2014. ιαθέσιµο από τη δικτυακή διεύθυνση: https://eclass.upatras.gr/courses/ceid1096/ Ευστράτιος Γαλλόπουλος c (ΤΜΗΥΠ, Π. Πατρών) Επιστηµονικός Υπολογισµός Ι 25 Νοεµβρίου 2013 23 / 24

Τέλος Ενότητας Ευστράτιος Γαλλόπουλος c (ΤΜΗΥΠ, Π. Πατρών) Επιστηµονικός Υπολογισµός Ι 25 Νοεµβρίου 2013 24 / 24