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一种基于Householder变换的RRGMRES算法

2020-08-13丁伯伦凌婷婷耿红梅

关键词:精确度标准

丁伯伦,凌婷婷,耿红梅

(1.扬州工业职业技术学院,江苏 扬州 225000;2.安徽信息工程学院,安徽 芜湖 241000)

0 引言

在科学技术与工程实践中,如优化控制理论、电路仿真、流体力学等领域,常常需要求解如下的大型稀疏线性方程组问题:

Ax=b

这里A∈Rn×n为稀疏的非奇异矩阵.

1 HGMRES算法和RRGMRES算法

GMRES算法首先是运用Arnoldi正交化过程在Krylov子空间上生成一组标准正交基v1,v2,…,vk,此时Krylov子空间可表示为:

κk(A,r0)=span{v1,v2,…,vk}=span{r0,Ar0,A2r0,…,Ak-1r0}

HGMRES是基于GMRES的一种优化算法,在第一步中不选择利用Arnoldi正交化过程,转而选择Householder变换来生成一组正交基.HGMRES算法满足:

其中Vk=(v1,v2,…,vk)是Krylov子空间的一组标准正交基,而正交基里的元素是由(k+1)个Householder矩阵乘积得到,即:vj+1=P1P2…Pj+1ej+1.

这种方法避免采用Arnoldi正交化过程,转而由Householder变换生成正交基,优点是后续迭代数值稳定性好,计算结果精确度高.

RRGMRES也是基于GMRES的一种改进算法,前面仍利用Arnoldi正交化过程生成一组正交基,但在最后构造残量表达式上做出了改变:

需求解一个新的最小二乘问题即可.该算法的优点是更能有效地减少存储空间和运算量.所以本文将这两种算法结合在一起,提出了一种新的算法,通过后面的数值实验证实,这种新的算法在解的收敛性和精确度上均具有较好的效果.

2 基于Householder变换的RRGMRES算法

首先利用Householder变换生成一组标准正交基,这里的vk+1可表示为具有k+1列的k+1个Householder矩阵的乘积[4],即:

齐海峰也从一个小工人,一步步混到了厂办主任。官职升了,脾气还是没见长。妻管严就妻管严吧,半辈子不都吵过来了。

再进行下一个过程:基于算法中第……

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