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
哲伦贼稳妥4 小时前
一天认识一个硬件之机房地板
运维·网络·经验分享·其他
gavin_gxh5 小时前
项目管理-信息系统管理
经验分享·其他
哲伦贼稳妥1 天前
一天认识一个硬件之电源
运维·其他·电脑·硬件工程
De-Chang Wang1 天前
基于元神操作系统实现NTFS文件操作(四)
其他
Lijunyan12982 天前
Python、C++、java阶乘算法
python·其他·音视频·twitter·segmentfault
qq_450269352 天前
声纳技术-声纳的波束形成技术
其他
t057773 天前
天童美语:增强孩子身体素质
其他
北京天拓四方3 天前
iot网关是什么?iot网关在工业领域的应用-天拓四方
物联网·其他·边缘计算·iot
这是我583 天前
C++平台跳跃游戏
c++·其他·游戏·visual studio·平台跳跃·马里奥·金币
哲伦贼稳妥4 天前
职场人生之节日
经验分享·其他·节日