Лекции.Орг


Поиск:




Категории:

Астрономия
Биология
География
Другие языки
Интернет
Информатика
История
Культура
Литература
Логика
Математика
Медицина
Механика
Охрана труда
Педагогика
Политика
Право
Психология
Религия
Риторика
Социология
Спорт
Строительство
Технология
Транспорт
Физика
Философия
Финансы
Химия
Экология
Экономика
Электроника

 

 

 

 


Быстросходящийся итерационный способ обращения матриц.




Если матрица мала (в смысле ее нормы или собственных значений), то обрат­ная к матрица

,

в принципе, может быть найдена сколь угодно точно прибли­женным суммированием данного матричного ряда. Однако такой непосредственный подход к вычислению имеет два очевидных недостатка: во-первых, реально его можно применить лишь для обращения матриц, близких к единичной, во-вторых, сходимость последовательностей частичных сумм этого ряда будет медлен­ной даже при достаточно малых нормах матриц . Поэтому, пользуясь отмеченным фактом лишь как теоретической основой, построим итерационный процесс, определяющий существенно более быстро сходящуюся последовательность приближений к обратной для матрице . Будем далее обозначать эти при­ближения, получаемые на -м шаге, через , а их невязки – через .

Лемма 6.3. Если для матрицы найдется такая об­ратимая матрица , что модули всех собственных чисел матрицы меньше единицы, то матрица обратима и для обратной матрицы справедливо представ­ление

(6.31)

Лемма 6.4. Пусть матрица обратима и .

Тогда:

1) существует матрица ;

2) справедливо представление по формуле (6.31);

3) имеет место оценка

Для построения итерационного процесса зафиксируем в разложении (6.31) первых слагаемых и будем считать пер­вым приближением к матрицу

Найдем выражение невязки этого приближения через невязку предыдущего (в данном случае начального) приближения :

(6.33)

Благодаря полученной связи между невязками, можно утвер­ждать, что если выполняются условия лемм 6.3 или 6.4 по отно­шению к матрицам , , то для матриц , они тем более будут выполнены. Следовательно, к матрицам , , можно применить все рассуждения, проведенные выше для , . Та­ким образом, приходим к итерационному процессу

(6.34)

где – номер итерации; – задаваемая начальная матрица, близкая к в указанном выше смысле, а – параметр метода.

 

Теорема 6.13. Пусть квадратные матрицы и таковы, что матрица обратима и . Тогда существует обратная к матрица и к ней сходится последовательность матриц , определяемая итераци­онным процессом (6.34). При этом имеет место точное равенство

и справедливы оценки погрешности:

1) ;

2) .

Равенства (6.34) определяют фактически не один, а целое семейство итерационных методов обращения. Фиксированием параметра можно получать конкретные процессы -го порядка скорости сходимости. Этот порядок может быть сколь угодно большим, однако обычно ограничиваются процессами второго и третьего порядков. При­оритет процесса второго порядка связан с его простотой и более ранним появлением: первая публикация об этом методе относит­ся к 1933 г. и принадлежит Г. Шульцу, в связи с чем и все семейство (6.34) естественно называть методом Шульца. Ме­тод третьего порядка целесообразно использовать из тех сообра­жений, что он, как показал М. Альтман, обладает свойст­вом минимальности вычислительных затрат, требующихся для обращения матриц с заданной точностью методами семейст­ва (6.34).

Процесс (6.34) построения приближений к обратной матри­це легко видоизменить подобно тому, как это было сделано с ме­тодом простых итераций решения СЛАУ, когда для более опера­тивного учета получаемой на текущей итерации информации пе­решли от него к методу Зейделя (см. прарграф 6.3). Например, зейделева модификация метода Шульца второго порядка может быть определена равенствами

, (6.40)

где ; ; и – соответственно нижняя треугольная и строго верхняя треугольная матрицы. При реализации этой модификации нужно либо расписывать формулы (6.40) поэлементно (чтобы не работать с заведомо ну­левыми элементами), либо формировать матрицу постепенным замещением старых элементов новыми, осуществляя на -й итерации цикл присвоений

,

где до начала цикла в правой части в двумерном массиве должна содержаться матрица , а в двумерном массиве матрица (заполнение массивов новыми элементами произво­дится по строкам). Процесс (6.40) при том же шаговом объеме вычислений и такой же простоте, что и в методе Шульца второго порядка, может дать определенный выигрыш в скорости сходи­мости.

Вообще, проблема выбора начального приближения в рассматриваемых здесь процессах, итерационного обращения матриц не позволяет относиться к ним как к самостоятельным универсальным методам, конкурирующим с прямыми методами обращения, основанными, например, на LU-разложении матриц. Имеются некоторые рекомендации по выбору , обеспечивающие выполнение условия* , являющегося необходимым и достаточным для сходимости процесса (6.34). Однако при этом, во-первых, требуется знать оценку свер­ху спектра обращаемой матрицы либо матрицы (а именно, если, – симметричная положительно определенная и , то можно взять , где ; если же произвольная невырожденная матрица и , то по­лагают , где также ; можно, конечно, упростить ситуацию и, воспользовавшись тем, что , положить ). Во-вторых, при таком задании началь­ной матрицы нет гарантии, что будет малой (возможно, даже окажется ), и высокий порядок скорости сходимо­сти обнаружится далеко не сразу.

Все сказанное выше не означает, что подобные методы об­ращения матриц (и операторов) не имеют своей сферы примене­ния. В частности, ниже будет рассматриваться способ решения систем нелинейных уравнений, базирующиеся на мето­де Ньютона с приближенным обращением матриц Якоби по ме­тоду Шульца, а в также метод Шульца используется как состав­ная часть квадратурно-итерационного метода вычисления ре­зольвент линейных интегральных уравнений.

 





Поделиться с друзьями:


Дата добавления: 2016-11-12; Мы поможем в написании ваших работ!; просмотров: 1272 | Нарушение авторских прав


Поиск на сайте:

Лучшие изречения:

Студент всегда отчаянный романтик! Хоть может сдать на двойку романтизм. © Эдуард А. Асадов
==> читать все изречения...

2429 - | 2175 -


© 2015-2024 lektsii.org - Контакты - Последнее добавление

Ген: 0.008 с.