给定一个SPD三对角线性系统,我们是否可以预先计算,以便可以在O(1)时间内链接任何三个索引?


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考虑一个对称正定三对角线线性系统 ,其中[R Ñ × Ñb [R Ñ。给出三个指数0 < Ĵ < ķ < Ñ,如果我们严格假设之间仅方程行ķ保持,我们可以消除中间变量获取形式的公式 ü X + v X Ĵ + 瓦特X ķ = C

Ax=b
ARn×nbRn0i<j<k<nik
uxi+vxj+wxk=c
其中。该方程将x j的值与x ix k无关,而不受“外部”影响(例如,如果引入了影响x 0的约束)。v>0xjxi,xkx0

问题:是否可以在O n 时间内对线性系统进行预处理,以便可以在O 1 时间内确定任何i j k 的链接方程式?Ax=bO(n)(i,j,k)O(1)

如果的对角线为2,则对角线为1,并且b = 0,则期望的结果是离散化Poisson方程的解析结果。不幸的是,不可能在不破坏三对角线结构的情况下将一般的SPD三对角线系统转换成常数系数泊松方程,这主要是因为不同的变量可以具有不同级别的“筛选”(局部严格的正定性)。例如,简单的对角缩放x可以消除A2 n 1个自由度的一半,但不能消除另一半。A1b=0x2n1A

直观地,解决该问题将需要安排问题,以便可以将筛选量累积到线性大小数组中,然后以某种方式“取消”以得出给定三元组的链接方程。

更新(更直观):就PDE而言,我在一维中存在离散的线性椭圆问题,并且我想知道是否可以在预计算中花费来生成某种可以查看的“解析”解决方案在O 1 时间中,允许我更改边界条件所在的位置。O(n)O(1)

Answers:


2

b=0n(0,i,n1)0i<n

xi=aix0+bixn1

i<jijxn1

bjxi=aibjx0+bibjxn1bixj=ajbix0+bibjxn1bjxibixj=(aibjajbi)x0xi=aibjajbibjx0+bibjxj

x0(i,j,k)bj=0bj=0


实施此操作后,我可以确认(1)它以精确的算术工作,并且(2)它非常不稳定。直观地讲,该解决方案对指数函数进行了一堆外推,这打破了椭圆问题的良好插值特性。
2013年

bj0nlogn

O(n)O(logn)

2

我想知道您是否可以对A的循环归约分解进行一些有用的操作(我相信它仍然是O(n)的大小),重用在分解连续A子矩阵时将保持不变的尽可能多的块。它给你O(1),但是可能是O(log n)...


O(logn)

没有摊销的机会帮助您吗?
罗伯特·布里德森

还有许多其他摊销正在进行,因此这很有可能。不过我还不知道。
杰弗里·欧文

这就是我需要摊销成本的方式:cstheory.stackexchange.com/questions/18655/…
杰弗里·欧文

大!有人发布了关于该问题的绝妙解决方案,因此我不再需要该问题的答案。该问题中的半群乘法运算消除了中间变量。
杰弗里·欧文

1

这是另一种尝试,它比取消方法更稳定,但仍然不是很好。

AB=A1

Bij=bi+1bjdj+1dnδiδn

ijbidi,δiULLUAi<j<k

xj=(BjiBki)T(BiiBikBkiBkk)1(xixk)

ikik2×2

[1]:Gerard Meurant(1992),“对称对角线和块三对角线矩阵逆的综述”。

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