数值线性代数: 共轭梯度法

本文总结线性方程组求解的相关算法,特别是共轭梯度法的原理及流程。

零、预修

0.1 LU分解

,若对于,均有,则存在下三角矩阵和上三角矩阵,使得

,若对于,均有,则存在唯一的下三角矩阵和上三角矩阵,使得,并且

0.2 Cholesky分解

对称正定,则存在一个对角元均为正数的下三角矩阵,使得

一、 总论:迭代法求解线性方程组的一般思路

对于非奇异矩阵,使用迭代法 求解线性方程组过程中,一般需要以下流程进行:

  1. 给定一个初始向量
  2. 构造一个递推公式
  3. 不断递推,使其近似收敛于

下表列出了若干迭代算法的迭代公式。

|--------------------|----------------------------------------------------------------------------------------------------------------|-------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------|--------|
| 方法 | | 迭代公式 | 备注 |
| Jacobi迭代 | 非奇异 | | |
| Gausss-Seidel迭代 | 非奇异 | | |
| SOR迭代 | 非奇异 | | |
| Steepest Descent | 对称正定 | | |
| Conjugate Gradient | 对称正定 | 当 | |

二、Projection Method

投影法将线性方程组求解问题 转换成了最优值求解问题,是求解线性方程组的一大类方法。

在投影法中,令,构造列满秩矩阵,寻找,满足Petrov-Galerkin条件 ,即,均有称为搜索空间,称为约束空间。若时,称为正投影算法 ,否则称为斜投影算法

三、Krylov Subspace Method

Krylov子空间法 本质上也是一种投影法 ,其核心思想是在更小维度的Krylov子空间 内寻找满足精度要求的近似解。即令,构造了Krylov子空间 ,使得

选择不同的,就对应不同的Krylov子空间法

3.1 Steepest Descent Method

3.2 Hestenes-Stiefel Conjugate Gradient Method

参考书籍

Golub G H , Loan C F V .Matrix Computations.Johns Hopkins University Press,1996.

Ford W .Numerical Linear Algebra with Applications using MATLAB. 2014.

徐树方. 数值线性代数(第二版). 北京大学出版社, 2010.

参考文献

Hestenes M R , Stiefel E L .Methods of Conjugate Gradients for Solving Linear Systems. Journal of Research of the National Bureau of Standards (United States), 1952.

相关推荐
李长太1 小时前
如何用 Obsidian 记录日常笔记
其他
chuangrong12311 小时前
地面地贴:一场静默革命,重塑人流秩序的智慧艺术
其他
_Lzk666888_15 小时前
洛谷用户2002780求关注
c++·其他
老陈头聊SEO1 天前
生成引擎优化(GEO)在提升内容创作质量与用户体验中的重要作用与策略探讨
其他·搜索引擎·seo优化
SohongAI智慧办公1 天前
广州哪家支付系统稳定
其他
草莓熊Lotso1 天前
Linux系统进程调度优化:优先级策略与切换机制深度实践
linux·运维·服务器·c++·人工智能·经验分享·其他
Hechuangcaishui12 天前
东莞账务处理外包安全吗?企业核心财务数据会泄露吗?
其他
互联网运营知识库2 天前
2026年寒假旅游攻略生成二维码怎么做?
经验分享·科技·其他·生活·旅游·节日
t057773 天前
致同提示:财政部等九部委联合发布《企业可持续披露准则第1号——气候(试行)》
其他