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
金立基包装胶水1 小时前
纸袋热封频繁不良,先排查胶料这一堆问题
大数据·笔记·其他
俊男无期3 小时前
《论语》人物原文汇编(按类索引)
其他
Ztt6666666669 小时前
太白壶以浅青为底,紫红垂下来才有神采
经验分享·笔记·其他·百度·微信公众平台
金立基包装胶水10 小时前
水性纸袋热封胶,常见故障有多少种?
大数据·笔记·其他
路弥行至10 小时前
ROS2 通信避坑实录:从 topic/msg 底层原理到一次内存错位复盘
网络·经验分享·笔记·其他·内存·topic·ros2
商业看点解说20 小时前
2026 桌面 Agent 选型指南:QoderWork、AiPy 与工程 Agent 的架构博弈
其他·架构
芯片封装工程师1 天前
PCB加工技术:从设计到制造的完整流程解析
其他
2601_962207811 天前
MH迈汇:从信息呈现方式到平台综合印象的内容描摹
其他
一起聊电气1 天前
2026年工厂智能照明改造:从能效诊断到数智化落地的关键路径指引
其他
万点科技码农1 天前
拨开落地迷雾:西安软件定制开发、工作流定制开发行业现状观察
经验分享·其他