Студопедия

Главная страница Случайная страница

Разделы сайта

АвтомобилиАстрономияБиологияГеографияДом и садДругие языкиДругоеИнформатикаИсторияКультураЛитератураЛогикаМатематикаМедицинаМеталлургияМеханикаОбразованиеОхрана трудаПедагогикаПолитикаПравоПсихологияРелигияРиторикаСоциологияСпортСтроительствоТехнологияТуризмФизикаФилософияФинансыХимияЧерчениеЭкологияЭкономикаЭлектроника






  • Метод LU-факторизации.






    В методе LU-факторизации (эту схему называют компактной схемой Гаусса) при решении системы выполняется следующая последовательность действий.

     
     

    Матрица представляется в виде произведения

    ,

    Рис. 2.3. Структура матриц L и U в разложениях Дулиттла (а) и Краута (б)

     

    где L - нижняя треугольная матрица, U - верхняя треугольная матрица. Такое разложение единственно при условии предварительного выбора диагональных элементов одной из матриц. В этом случае число элементов в матрице A совпадает с суммарным числом неизвестных элементов матриц L и U. Если диагональ L принимается единичной, то такое разложение называют разложением Дулиттла (рис. 2.3, а), если единична диагональ U – разложением Краута (рис. 2.3, б). В дальнейшем при построении метода LU- факторизации будем привлекать разложение Краута.

    Система заменяется системой

    ,

    легко решаемой за два шага:

    Шаг 1. . Принимая во внимание треугольный вид матрицы L, нетрудно получить, что в алгоритме Краута

    Шаг 2. . Решение этой системы в алгоритме Краута:

    .

    Суммарные затраты реализации обоих шагов при n> > 1 составляют длинных операций.

    Получим соотношения для расчета элементов матриц L и U в алгоритме Краута. Для этого перемножим матрицы L и U и приравняем результат к A. По правилу перемножения матриц

    Учтем, что

    Рассмотрим элемент (рис. 2.4), расположенный на центральной диагонали либо в нижней треугольной части матрицы A. Для такого элемента i ≥ j. Из рисунка следует, что

     
     

    Рис. 2.4. Иллюстрация вычисления элемента матрицы, расположенного

    ниже главной диагонали

     

    ,

    так как i ≥ j и . Отсюда

    Рассмотрим элемент (рис. 2.5), находящийся выше главной

     
     

    Рис. 2.5. Иллюстрация вычисления элемента матрицы, расположенного

    выше главной диагонали

     

    диагонали матрицы A (для него j> i). В этом случае

    Следовательно,

    Получили в итоге соотношения, которые позволяют вычислять элементы матриц L и U. Последовательность вычислений: сначала вычисляется столбец матрицы L, далее строка матрицы U, затем опять столбец матрицы L, далее строка матрицы U и т. д. (см. рис. 2.6, который иллюстрирует последовательность вычислений и схему хранения матриц L и U).

    Вычисление столбца матрицы L и строки матрицы U назовем шагом LU-разложения. Приведем в качестве примера схему хранения элементов матриц A, L, U после второго шага LU-разложения (рис. 2.7).

    Число длинных арифметических операций на этапе LU-разложения при n> > 1 составляет величину , на шаге решения ли-

    нейных систем с треугольными матрицами – . Суммарное число длинных операций приближенно равно (как и в методе Гаусса),

    Рис. 2.6. Исходная матрица A (а), схема хранения L и U матриц (б), последовательность вычисления элементов в принятой схеме хранения (в)

    Рис. 2.7 Схема хранения элементов 4´ 4 матриц A, L, U после второго шага LU-факторизации

    т. е. основные затраты приходятся на LU-факторизацию матрицы A. Эта особенность делает особо привлекательным метод LU-факторизации при решении СЛАУ с одной и той же матрицей A, но разными правыми частями:

    В этом случае факторизация матрицы выполняется однократно, требуя длинных операций, а решение каждой системы с соответствующей правой частью реализуется за таких операций.






    © 2023 :: MyLektsii.ru :: Мои Лекции
    Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав.
    Копирование текстов разрешено только с указанием индексируемой ссылки на источник.