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

Σχετικά έγγραφα
Επιστηµονικός Υπολογισµός Ι Ενότητα 1 - Εισαγωγή. Ευστράτιος Γαλλόπουλος

Εισαγωγή στους Αλγορίθμους

Εισαγωγή στους Αλγορίθμους

Εισαγωγή στους Αλγορίθμους

Ενδεικτικές λύσεις ασκήσεων διαχείρισης έργου υπό συνθήκες αβεβαιότητας

Μαθηματικά Διοικητικών & Οικονομικών Επιστημών

1 η Διάλεξη. Ενδεικτικές λύσεις ασκήσεων

Εισαγωγή στους Αλγορίθμους Φροντιστήριο 1

Θερμοδυναμική. Ανοικτά Ακαδημαϊκά Μαθήματα. Πίνακες Νερού σε κατάσταση Κορεσμού. Γεώργιος Κ. Χατζηκωνσταντής Επίκουρος Καθηγητής

ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ ΗΛΕΚΤΡΙΚΗΣ ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ ΙIΙ

ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ ΗΛΕΚΤΡΙΚΗΣ ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ ΙIΙ

ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ ΗΛΕΚΤΡΙΚΗΣ ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ ΙIΙ

Μαθηματικά Διοικητικών & Οικονομικών Επιστημών

Τίτλος Μαθήματος: Μαθηματική Ανάλυση Ενότητα Γ. Ολοκληρωτικός Λογισμός

Μαθηματικά Διοικητικών & Οικονομικών Επιστημών

Κβαντική Επεξεργασία Πληροφορίας

Εισαγωγή στους Αλγορίθμους Ενότητα 9η Άσκηση - Αλγόριθμος Prim

Μάρκετινγκ Αγροτικών Προϊόντων

Διοικητική Λογιστική

Λογιστική Κόστους Ενότητα 12: Λογισμός Κόστους (2)

Εισαγωγή στους Η/Υ. Ενότητα 2β: Αντίστροφο Πρόβλημα. Δημήτρης Σαραβάνος, Καθηγητής Πολυτεχνική Σχολή Τμήμα Μηχανολόγων & Αεροναυπηγών Μηχανικών

Εισαγωγή στους Αλγορίθμους Φροντιστήριο 4

Εισαγωγή στην Διοίκηση Επιχειρήσεων

Βέλτιστος Έλεγχος Συστημάτων

Μαθηματικά Διοικητικών & Οικονομικών Επιστημών

Διαφήμιση και Δημόσιες Σχέσεις Ενότητα 9: Σχέσεις διαφημιστή-διαφημιζόμενου

Εισαγωγή στους Αλγορίθμους Ενότητα 10η Άσκηση Αλγόριθμος Dijkstra

Θερμοδυναμική. Ανοικτά Ακαδημαϊκά Μαθήματα. Πίνακες Νερού Υπέρθερμου Ατμού. Γεώργιος Κ. Χατζηκωνσταντής Επίκουρος Καθηγητής

Εισαγωγή στους Αλγορίθμους Ενότητα 9η Άσκηση - Αλγόριθμος Kruskal

Γραμμική Άλγεβρα και Μαθηματικός Λογισμός για Οικονομικά και Επιχειρησιακά Προβλήματα

Μηχανολογικό Σχέδιο Ι

Ανοικτά Ακαδημαϊκά Μαθήματα στο ΤΕΙ Αθήνας. Βιοστατιστική (Ε) Ενότητα 3: Έλεγχοι στατιστικών υποθέσεων

Ανοικτά Ακαδημαϊκά Μαθήματα στο ΤΕΙ Αθήνας. Βιοστατιστική (Ε) Ενότητα 1: Καταχώρηση δεδομένων

Εισαγωγή στους Αλγορίθμους Ενότητα 11η Άσκηση - Σταθμισμένος Χρονοπρογραμματισμός Διαστημάτων

Εισαγωγή στους Υπολογιστές

Μαθηματικά Διοικητικών & Οικονομικών Επιστημών

Εισαγωγή στους Υπολογιστές

Ανοικτά Ακαδημαϊκά Μαθήματα στο ΤΕΙ Αθήνας. Βιοστατιστική (Ε) Ενότητα 2: Περιγραφική στατιστική

Λογιστική Κόστους Ενότητα 8: Κοστολογική διάρθρωση Κύρια / Βοηθητικά Κέντρα Κόστους.

Ειδικά θέματα στην επίλυση

ΕΛΛΗΝΙΚΗ ΔΗΜΟΚΡΑΤΙΑ ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΚΡΗΤΗΣ

Μαθηματικά Διοικητικών & Οικονομικών Επιστημών

ΗΛΕΚΤΡΟΝΙΚΗ ΙIΙ Ενότητα 6

Ενδεικτικές λύσεις ασκήσεων διαγραμμάτων περίπτωσης χρήσης (1ο Μέρος)

Μαθηματικά Διοικητικών & Οικονομικών Επιστημών

Τίτλος Μαθήματος: Εργαστήριο Φυσικής Ι

Μαθηματικά Διοικητικών & Οικονομικών Επιστημών

Πρακτική Άσκηση σε σχολεία της δευτεροβάθμιας εκπαίδευσης

Κβαντική Επεξεργασία Πληροφορίας

Επιστηµονικός Υπολογισµός Ι

Μάρκετινγκ Αγροτικών Προϊόντων

Μαθηματικά Διοικητικών & Οικονομικών Επιστημών

Μυελού των Οστών Ενότητα #1: Ερωτήσεις κατανόησης και αυτόαξιολόγησης

Διεθνείς Οικονομικές Σχέσεις και Ανάπτυξη

Τίτλος Μαθήματος: Μαθηματική Ανάλυση Ενότητα Β. Διαφορικός Λογισμός

Μεθοδολογία Έρευνας Κοινωνικών Επιστημών Ενότητα 2: ΣΥΓΚΕΝΤΡΩΣΗ ΠΛΗΡΟΦΟΡΙΩΝ ΜΑΡΚΕΤΙΝΓΚ Λοίζου Ευστράτιος Τμήμα Τεχνολόγων Γεωπόνων-Kατεύθυνση

Διοίκηση Ολικής Ποιότητας & Επιχειρηματική Αριστεία Ενότητα 1.3.2: Παραδοσιακή VS νέα προσέγγιση της ΔΟΠ

Προγραμματισμός Η/Υ. Βασικές Προγραμματιστικές Δομές. ΤΕΙ Ιονίων Νήσων Τμήμα Τεχνολόγων Περιβάλλοντος Κατεύθυνση Τεχνολογιών Φυσικού Περιβάλλοντος

Ενότητα. Εισαγωγή στις βάσεις δεδομένων

Ψηφιακή Επεξεργασία Εικόνων

Μαθηματικά Διοικητικών & Οικονομικών Επιστημών

Βέλτιστος Έλεγχος Συστημάτων

Διεθνείς Οικονομικές Σχέσεις και Ανάπτυξη

Οικονομική Γεωργικών Εκμεταλλεύσεων

Μαθηματικά Διοικητικών & Οικονομικών Επιστημών

Διδακτική της Πληροφορικής

Δομές Δεδομένων Ενότητα 1

Κβαντική Φυσική Ι. Ενότητα 16: Αναπαράσταση τελεστών με μήτρες. Ανδρέας Τερζής Σχολή Θετικών Επιστημών Τμήμα Φυσικής

Διεθνείς Οικονομικές Σχέσεις και Ανάπτυξη

Τίτλος Μαθήματος: Εργαστήριο Φυσικής Ι

Εισαγωγή στην Διοίκηση Επιχειρήσεων

Γραμμική Άλγεβρα και Μαθηματικός Λογισμός για Οικονομικά και Επιχειρησιακά Προβλήματα

Διοίκηση Ολικής Ποιότητας & Επιχειρηματική Αριστεία Ενότητα 1.3.3: Μεθοδολογία εφαρμογής προγράμματος Ολικής Ποιότητας

Προσχολική Παιδαγωγική Ενότητα 2: Οργάνωση χρόνου και χώρου στα νηπιαγωγεία

Εισαγωγή στην Διοίκηση Επιχειρήσεων

Στατιστική. 6 ο Μάθημα: Διαστήματα Εμπιστοσύνης και Έλεγχοι Υποθέσεων. Γεώργιος Μενεξές Τμήμα Γεωπονίας ΑΡΙΣΤΟΤΕΛΕΙΟ ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΘΕΣΣΑΛΟΝΙΚΗΣ

Μάρκετινγκ. Ενότητα 2: Αξία για τους Πελάτες

Τίτλος Μαθήματος: Μαθηματική Ανάλυση Ενότητα Γ. Ολοκληρωτικός Λογισμός

ΔΙΑΧΕΙΡΙΣΗ ΕΦΟΔΙΑΣΤΙΚΗΣ ΑΛΥΣΙΔΑΣ

Διοικητική Λογιστική

Κβαντική Επεξεργασία Πληροφορίας

Γραμμική Άλγεβρα και Μαθηματικός Λογισμός για Οικονομικά και Επιχειρησιακά Προβλήματα

Λογιστική Κόστους Ενότητα 10: Ασκήσεις Προτύπου Κόστους Αποκλίσεων.

Μάρκετινγκ Αγροτικών Προϊόντων

Εκπαιδευτική Διαδικασία και Μάθηση στο Νηπιαγωγείο Ενότητα 1: Εισαγωγή

Διεθνείς Οικονομικές Σχέσεις και Ανάπτυξη

Διοίκηση Εξωτερικής Εμπορικής Δραστηριότητας

Θεωρία Λήψης Αποφάσεων

Βάσεις Περιβαλλοντικών Δεδομένων

Διεθνείς Οικονομικές Σχέσεις και Ανάπτυξη

Λογιστική Κόστους Ενότητα 11: Λογισμός Κόστους

Μαθηματικά Διοικητικών & Οικονομικών Επιστημών

ΘΕΡΜΟΔΥΝΑΜΙΚΗ Ι. Ενότητα 2: Θερμοδυναμικές συναρτήσεις. Σογομών Μπογοσιάν Πολυτεχνική Σχολή Τμήμα Χημικών Μηχανικών

Εισαγωγή στην Διοίκηση Επιχειρήσεων

Προγραμματισμός Ηλεκτρονικών Υπολογιστών 2 - Εργαστήριο

ΗΛΕΚΤΡΟΝΙΚΗ IΙ Ενότητα 3

Φυσική ΙΙΙ. Ενότητα 4: Ηλεκτρικά Κυκλώματα. Γεώργιος Βούλγαρης Σχολή Θετικών Επιστημών Τμήμα Φυσικής

Εισαγωγή στην Διοίκηση Επιχειρήσεων

Κβαντική Φυσική Ι. Ενότητα 12: Ασκήσεις. Ανδρέας Τερζής Σχολή Θετικών Επιστημών Τμήμα Φυσικής

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

Transcript:

Ενότητα 5 - Επίλυση Γραµµικών Συστηµάτων Ευστράτιος Γαλλόπουλος

Ασκηση 1 Εστω ένα µητρώο A το οποίο χρησιµοποιούµε και µητρώο συντελεστών κάποιου γραµµικού συστήµατος A x = b 1.Πώς ϑα λύνατε το γραµµικό σύστηµα αν γνωρίζατε ότι το µητρώο είναι τετραγωνικό Αν εκτός από τετραγωνικό ήταν και συµµετρικό και ϑετικά ορισµένο (ΣΘΟ) Απάντηση 1.Αν το µητρώο ήταν τετραγωνικό και δε γνωρίζαµε τίποτα άλλο για αυτό, αναγκαστικά, ο µόνος τρόπος επίλυσης ϑα ήταν η παραγοντοποίηση απαλοιφή LU. Τότε η λύση ϑα ήταν : (υποθέτοντας ότι έχουµε την απαλοιφή LU A ) y = L\b x = Y \y και αυτό γιατί A x = b LU = b, ϑέτω U x = y και λύνω µε εµπρός αντικατάσταση, το κάτω τριγωνικό σύστηµα L y = b. Στη συνέχεια λύνω µε πίσω αντικατάσταση το άνω τριγωνικό σύστηµα U x = y, ϐρίσκοντας τη λύση. 2.Αν το µητρώο είναι (ΣΘΟ) τότε αντί να πληρώσουµε το κόστος O( 2 3 n3 ) κάνοντας απαλοιφή Cholesky. Τότε, υποθέτοντας ότι έχουµε υπολογίσει την απαλοιφή Cholesky του A η λύση ϑα είναι y = L\b, x = L\y και αυτό γιατί A x = b LL x = b, ϑέτω L x = y και λύνω µε εµπρός αντικατάσταση το κάτω τριγωνικό σύστηµα L y = b. Στη συνέχεια λύνω µε πίσω αντικατάσταση το άνω τριγωνικό σύστηµα L x = y ϐρίσκοντας την λύση. Ασκηση 2 Εστω ότι διαθέτουµε την απαλοιφή UL παραγοντοποίηση του A R n n και ότι u, v R n. 1.Να δείξετε έναν αλγόριθµο υπολογισµού του B = A 1 (I uv ). 2.Να υπολογίσετε τον κυρίαρχο συντελεστή (τύπου cn k ) για τον αριθµό πράξεων που χρειάζονται για τον υπολογισµό του B. (Σηµείωση. Στόχος είναι να χρησιµοποιήσετε το µικρότερο πλήθος πράξεων α.κ.υ. που µπορείτε!) 3.Να περιγράψετε πώς ϑα υπολογίζατε το B z για z R n. Απάντηση Από την υπόθεση γνωρίζουµε την παραγοντοποίηση A = LU. Ζητούµενο είναι ο υπολογισµός του : B = A 1 (I uv ) = A 1 A 1 uv Παρακάτω δίνεται ο Ϲητούµενος αλγόριθµος : 1.Επίλυση του συστήµατος A x = u, 2.Υπολογισµός του A 1, 3.Υπολογισµός του C = xu 4.Υπολογισµός του B = A 1 C Παρακάτω δίνεται το κόστος του αλγορίθµου για κάθε ένα από τα παραπάνω ϐήµατα : 1.2n 2 πράξεις (µπρος και πίσω αντικατάσταση µέσω της παραγοντοποίησης απαλοιφή LU. 2.2n 3 πράξεις για την αντιστροφή µέσω της λύσης των απαλοιφή n τριγωνικών συστηµάτων συστηµάτων LX = I και στη συνέχεια των UB = X οπότε B = A 1.Αν όµως γίνει χρήση της δοµής του προβλήµατος, ότι δηλαδή, στο LX = I, το απαλοιφή I είναι ταυτοτικό και στο απαλοιφή L κάτω τριγωνικό, το κόστος είναι n(n+1)(2n+1) 6 + n 3 = 4 3 n3 + n2 2 + O(n) εφόσον τα L, U λαµβάνονται ως γνωστά. 3.n 2 πράξεις. 4.n 2 πράξεις. -1-

Συνεπώς απαιτούνται συνολικά Ω = 2n 3 + 4n 2 + O(n) πράξεις. Αυτό µπορεί να µειωθεί και σε Ω = 4 3 n3 + 7 2 n2 + O(n). Ο υπολογισµός του B z,µπορεί να γίνει µε τον εξής τρόπο : Συνεπώς : 1.Επίλυση του συστήµατος A x = z 2.Επίλυση του συστήµατος A x = u 3.Υπολογισµός του τ = u z 4.Υπολογισµός του x τy B z = A 1 (I uv )z = A 1 z A 1 uv z Το κυρίαρχο κόστος του παραπάνω αλγορίθµου προέρχεται από τη λύση των δύο συστηµάτων στα ϐήµατα 1 και 2, που απαιτούν συνολικά 4n 2 πράξεις. Ασκηση 3 Ο παρακάτω κώδικας απαλοιφή MATLAB µπορεί να υλοποιηθεί ώστε να παράγει τα επιθυµητά αποτελέσµατα πολύ γρήγορα. Να εξηγήσετε τι τροποποιήσεις πρέπει να γίνουν και να γράψετε τον ταχύτερο κώδικα, χρησιµοποιώντας, αν χρειάζεται, και άλλες εντολές ή συναρτήσεις της απαλοιφή MATLAB. Υποτίθεται ότι ο ϐαθµωτός p και οι ϑετικοί ακέραιοι m, n έχουν ήδη αρχικοποιηθεί. A=rand(m,n);B=rand(m,n);C=rand(m,n);X=rand(m+n,s);D=eye(m+n,m+n); for i=1:m, for j=1:n, D(i,j)=A(i,j)*B(i,j)+C(i,j); end;end; for i=1:m, for j=1:n, if (i==j), D(i,j)=p+D(i,j); end;end;end; for k=1:s, Y(:,k)=D(1:m+n,1:m+n)\X(:,k); end; Απάντηση Το ϐήµα : for i=1:m,for j=1:n, D(i,j)=A(i,j)*B(i,j)+C(i,j); end;end; µπορεί να γραφεί χωρίς το ϐρόχο ως εξής : ενώ το D(1:m,1:n)=A.*B+C; for i=1:m,for j=1:n, if (i==j), D(i,j)=p+D(i+j); end;end;end; µπορεί να γραφεί ως : k=min(m,n); D(1:k,1:k)=peye(k)+D(1:k,1:k); Τέλος τα s γραµµικά συστήµατα για τις στήλες X(:, k), k = 1 : s στην τελευταία γραµµή του κώδικα µπορούν να λυθούν πολύ πιο αποδοτικά αν πρώτα υπολογιστεί η διάσπαση απαλοιφή LU για το µητρώο απαλοιφή D και στη συνέχεια λύσουµε ως εξής : [L,U]=lu(D); Y=U\(L\X); -2-

-3-

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/ Σηµείωµα Αδειοδότησης Το παρόν υλικό διατίθεται µε τους όρους της άδειας χρήσης Creative Commons Αναφορά, Μη Εµπορική Χρήση, Οχι ιανοµή 4.0 ή µεταγενέστερη, ιεθνής Εκδοση. Εξαιρούνται τα αυτοτελή έργα τρίτων π.χ. ϕωτογραφίες, διαγράµµατα κ.λ.π., τα οποία εµπεριέχονται σε αυτό και τα οποία αναφέρονται µαζί µε τους όρους χρήσης τους στο Σηµείωµα Χρήσης Εργων Τρίτων. Ως Μη Εµπορική ορίζεται η χρήση : που δεν περιλαµβάνει άµεσο ή έµµεσο οικονοµικό όφελος από την χρήση του έργου, για το διανοµέα του έργου και αδειοδόχο που δεν περιλαµβάνει οικονοµική συναλλαγή ως προϋπόθεση για τη χρήση ή πρόσβαση στο έργο που δεν προσπορίζει στο διανοµέα του έργου και αδειοδόχο έµµεσο οικονοµικό όφελος (π.χ. διαφηµίσεις) από την προβολή του έργου σε διαδικτυακό τόπο Ο δικαιούχος µπορεί να παρέχει στον αδειοδόχο ξεχωριστή άδεια να χρησιµοποιεί το έργο για εµπορική χρήση, εφόσον αυτό του Ϲητηθεί. Χρηµατοδότηση Το παρόν εκπαιδευτικό υλικό έχει αναπτυχθεί στο πλαίσιο 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. -4-