Strassen算法中选择矩阵的背后有更大的图景


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在Strassen算法中,要计算两个矩阵和B的乘积,将矩阵A和B划分为2 × 2块矩阵,并且该算法以递归方式计算7个块矩阵矩阵乘积,而不是朴素的8块矩阵-基质的产品,即,如果我们想ç = 甲乙,其中 甲 = [ 阿1 ]  ,  乙 = [ 乙1 ,1个乙1 ,2 乙一种乙一种乙2×278C=一种乙 然后,我们有 Ç1,1=阿1,1个乙1,1+阿1

一种=[一种1个,1个一种1个,2一种2,1个一种2,2] , 乙=[乙1个,1个乙1个,2乙2,1个乙2,2] , C=[C1个,1个C1个,2C2,1个C2,2]
这需要8个乘法。相反在Strassen的,我们计算 中号1:=(阿1 ,1 +阿2 ,2)(乙1 ,1 +乙2 ,2)
C1个,1个=一种1个,1个乙1个,1个+一种1个,2乙2,1个C1个,2=一种1个,1个乙1个,2+一种1个,2乙2,2C2,1个=一种2,1个乙1个,1个+一种2,2乙2,1个C2,2=一种2,1个乙1个,2+一种2,2乙2,2
8 ,将获得 Ç 我,Ĵ的使用中号ķ的作为 Ç 1 ,1 =中号1 +中号4 − M 5 + M 7
中号1个:=(一种1个,1个+一种2,2)(乙1个,1个+乙2,2)中号2:=(一种2,1个+一种2,2)乙1个,1个中号3:=一种1个,1个(乙1个,2-乙2,2)中号4:=一种2,2(乙2,1个-乙1个,1个)中号5:=(一种1个,1个+一种1个,2)乙2,2中号6:=(一种2,1个-一种1个,1个)(乙1个,1个+乙1个,2)中号7:=(一种1个,2-一种2,2)(乙2,1个+乙2,2)
C一世,Ĵ中号ķ
C1个,1个=中号1个+中号4-中号5+中号7C1个,2=中号3+中号5C2,1个=中号2+中号4C2,2=中号1个-中号2+中号3+中号6
中号ķ一种乙中号ķ一种一世,Ĵ乙一世,Ĵ中号2:=(一种2,1个+一种2,2)乙1个,1个一种1个,1个(乙1个,2+乙2,2)也要计算。但是,并非如此,因为它可以从其他地方获得中号ķ的。

如果有人可以对此有所启发,我将不胜感激。

Answers:


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De Groote(关于双线性映射计算的最佳算法的种类。II。2x2矩阵乘法的最佳算法。Theor。Comput。Sci。7:127-148,1978)证明只有一种算法可以乘法 2×2-具有7个乘法的矩阵,直到等价。这可能是2×2-矩阵乘法。(注意:您会在文献中找到Strassen算法的不同变体。它们都等同于正确的等价概念。)

如果您现在开始证明下界 2×2-矩阵乘法-参见Bürgisser,Clausen和Shokrollahi的书如何做到这一点-然后Strassen的算法或某些变体自然出现。您会发现许多确定产品外观的身份。然后,您可以通过一些猜测来完成。(De Groote的证明表明,甚至没有必要进行猜测。)

Schönhage曾经告诉我Strassen曾经告诉他,他通过尝试证明下界以这种方式找到了自己的算法。


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Bürgisser,Clausen和Shokrollahi撰写的《代数复杂性理论》一书中有某种解释(第11-12页)。这个想法是从两个基础开始一种0,一种1个,一种2,一种3 和 乙0,乙1个,乙2,乙3 的空间 2×2 满足以下属性的实数矩阵: 一种一世乙Ĵ∈{0,一种0,一种1个,一种2,一种3,乙0,乙1个,乙2,乙3}。此外,一种0=乙0。乘以两个矩阵一种 和 乙,在相应的基础上分别代表它们,并评估产品。由于结果中仅出现七个不同的非零矩阵(一种0=乙0,一种1个,一种2,一种3,乙1个,乙2,乙3),只需要七个产品。的中号 矩阵就是这些基础。

我不知道Strassen是否提出了这种研究方式。考虑到快速矩阵乘法算法所基于的其他身份,尚不清楚是否有任何深层次的事情发生,而不是某些公式正在制定中。我们之前曾经历过-拉格朗日使用四平方恒等式(之前已知)证明四平方定理。起初它一定只是一个好奇的代数恒等式,但是现在我们知道它陈述了四元数范数的可乘性。考虑到当前的知识状态,很难判断上述解释是否具有生产力。


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这样的基数称为M对,请参见Bürgisser,Clausen和Shokrollahi在书中有关最小秩的代数的章节。我认为在不知道Alder-Strassen定理的情况下很难提出M对的想法(再次参见上本书)。尤其是,2×2-矩阵是存在M对的唯一矩阵代数。
— MarkusBläser2013年
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