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数学 > 数值分析

arXiv:2504.01500 (math)
[提交于 2025年4月2日 (v1) ,最后修订 2025年4月21日 (此版本, v2)]

标题: 与固定数量的矩阵-矩阵乘法相关的多项式集

标题: The Polynomial Set Associated with a Fixed Number of Matrix-Matrix Multiplications

Authors:Elias Jarlebring, Gustaf Lorentzon
摘要: 我们研究了计算矩阵多项式$p(X)$的问题,其中$X$是一个大型稠密矩阵,并且尽量减少矩阵-矩阵乘法的次数。 更具体地说,设$\Pi_{2^{m}}^*$表示可以用$m$次矩阵-矩阵乘法计算的多项式集合,但可以有任意数量的矩阵加法和缩放操作。 我们通过表格参数化来刻画这个集合。 通过对表格表示进行等价变换,我们建立了新的方法,可用于构造$\Pi_{2^{m}}^*$中的元素并确定该集合的一般性质。 这些变换允许我们消去变量并证明其维数由$m^2$界定。 数值模拟表明这是一个尖锐的界。 因此,我们找到了一种参数化方法,据我们所知,这是第一个最小参数化方法。 我们还利用代数几何中的计算工具开展了一项研究,以确定最大的次数 $d$,使得所有该次数的多项式都属于 $\Pi_{2^{m}}^*$ 或其闭包。 在许多情况下,计算设置具有构造性,这意味着它还可以用于为给定的多项式确定特定的评估方案。
摘要: We consider the problem of computing matrix polynomials $p(X)$, where $X$ is a large dense matrix, with as few matrix-matrix multiplications as possible. More precisely, let $\Pi_{2^{m}}^*$ represent the set of polynomials computable with $m$ matrix-matrix multiplications, but with an arbitrary number of matrix additions and scaling operations. We characterize this set through a tabular parameterization. By deriving equivalence transformations of the tabular representation, we establish new methods that can be used to construct elements of $\Pi_{2^{m}}^*$ and determine general properties of the set. The transformations allow us to eliminate variables and prove that the dimension is bounded by $m^2$. Numerical simulations suggest that this is a sharp bound. Consequently, we have identified a parameterization that, to the best of our knowledge, is the first minimal parameterization. We also conduct a study using computational tools from algebraic geometry to determine the largest degree $d$ such that all polynomials of that degree belong to $\Pi_{2^{m}}^*$, or its closure. In many cases, the computational setup is constructive in the sense that it can also be used to determine a specific evaluation scheme for a given polynomial.
评论: 23页,1幅图,1个表格
主题: 数值分析 (math.NA)
MSC 类: 65F60, 14M99
引用方式: arXiv:2504.01500 [math.NA]
  (或者 arXiv:2504.01500v2 [math.NA] 对于此版本)
  https://doi.org/10.48550/arXiv.2504.01500
通过 DataCite 发表的 arXiv DOI

提交历史

来自: Gustaf Lorentzon [查看电子邮件]
[v1] 星期三, 2025 年 4 月 2 日 08:51:58 UTC (247 KB)
[v2] 星期一, 2025 年 4 月 21 日 21:26:58 UTC (246 KB)
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