数学 > 数值分析
[提交于 2025年6月1日
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标题: 近似特征值和奇异值的子空间方法的误差界
标题: Sharp error bounds for approximate eigenvalues and singular values from subspace methods
摘要: 子空间方法常用于寻找大规模矩阵的近似特征值和奇异值。 一旦找到子空间,Rayleigh-Ritz 方法(针对对称特征值问题)和 Petrov-Galerkin 投影(针对奇异值)便是提取特征值和奇异值的实际方法。 在这项工作中,我们推导了通过 Rayleigh-Ritz 过程获得的近似特征值的二次误差界。 我们的界利用了极值特征对通常比其余部分更快收敛的事实,因此具有更小的残差 $\|A\widehat x_i-\theta_i\widehat x_i\|_2$,其中 $(\theta_i,\widehat x_i)$ 是一个 Ritz 对(近似特征对)。 证明使用了 Rayleigh-Ritz 方法背后的扰动矩阵的结构来限制其特征向量的分量。 这样,我们得到了一种形式的界 $c\frac{\|A\widehat x_i-\theta_i\widehat x_i\|_2^2}{\eta_i}$,其中 $\eta_i$ 大致是第 $i$个 Ritz 值与未被 Ritz 过程近似的特征值之间的间隙,而 $c> 1$ 是一个适度的标量。 我们的界适应每个 Ritz 值,并且对聚类的 Ritz 值具有鲁棒性,这是现有结果的关键改进。 我们进一步表明该界是渐近精确的,并将其推广到任意实矩阵的奇异值。 最后,我们将这些界应用于计算特征值和奇异值的几种方法,并在多种计算环境中展示我们界的确切性,包括 Krylov 方法和随机算法。
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