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我的朋友

分类: C/C++

2007-12-27 11:10:00

first
我想问:
1.全阶矩阵A的求逆运算inv(A)  和稀疏矩阵B(阶数和a一样)
的求逆运算inv(B)是不是采取一样的方法啊?也就是说他们的
计算量是不是一样的啊?不会因为是稀疏矩阵就采取特殊的
方法来处理求逆吧?
我电脑内存256M ,做4096*4096的矩阵求逆还可以,上万阶的
就跑不动了
稀疏存储方式会减少不必要的计算,虽然原理还是一样,不过
计算量大大减少了。
     
2.如果一个矩阵C非零元素都集中在主对角线的周围,那么对C求逆最好
应该采用什么样的方法最好呢?
一般还是用LU分解+前后迭代的方法,如果矩阵对角占优就更好办了。
只不过还是需要稀疏存储。

稀疏矩阵的逆一般不会是稀疏矩阵,所以对高阶的稀疏矩阵求逆,
是不可行的,对1万阶的全矩阵需要的内存差不多已经达到了pc的
极限,我想最好的办法就是迭代,既然是稀疏,乘法的次数就有限,
效率还是很高的。

不过求逆运算基本上就是解方程,对稀疏矩阵,特别是他那种基本上非零元素都在对角线附近的矩阵来说,LU分解不会产生很多的注入元,所以用LU分解解方程方法的方法是可行的。
如果用迭代法,好像也就是共轭梯度法了。

C的资源网络上有很多 google一下
或者到,oonumerics.org上找找
或者用IMSL for C
或者用Lapack
或者用Matlab+C混合编程
有现成代码,但要你自己找了
也可以使用程序库


second
30,000*30,000的稀疏矩阵求逆如何实现?
试试基于krylov子空间方法的算法吧。
如arnoldi和GMRES方法。

matlab中有函数可以直接调用。
直接help gmres就可以了。

如果效果还不好 。
就用用预处理技术。
比如不完全lu预处理方法。。等等。。
各种各样的预处理+GMRES是现在解决大规模稀疏矩阵的主力方法。。
维数再多还是用不完全LU分解预处理+CG or Gmres
我一个同学这么求过200W阶的矩阵
求逆一般是不可取的,无需多说。但稀疏矩阵的直接解法还是不少的。基本上都是对矩阵进行重新排序以期减少填充或运算量。
在matlab里面,有许多算法可以利用:
colamd, colmmd, colperm, spparms, symamd, symmmd, symrcm.
根据是否对称,采用LU分解或者chol分解。
这些算法在internet上搜一下,很多都有相应的C或fortran版本。

稀疏矩阵的存储最常见的是压缩列(行)存储,最近发现一种利用hash表来存储的,其存取复杂度是O(1),很是不错。有幸趣的可以看看下面网页咯,作者提供了源程序。

事实上Hash表存储的效率也跟Hash算法有关,弄不好的话,不见得比直接按行或者列
顺序检索快。而且规模越大,效率肯定越来越低。

~brey/

对称正定的稀疏矩阵很好办啊,用LU分解就可以了。

如果维数实在太大,比如超过10^4量级,那就只能用
共轭梯度法之类的迭代法求解了。
好多文献中用Cholesky分解处理的,好像结果还可以
你觉得LL’分解不会破坏矩阵的稀疏性么——如果矩阵不是带状的话?
而且数值稳定性也有问题。
对于一些注入元不是很多的矩阵这应该是个好办法。
但是对于有些矩阵,LU分解后可能就把整个矩阵充满了。~
这是比较郁闷的事情。。

third
带状矩阵的逆有快速算法吗?
我觉得这个说法不对,至少在Matlab里面,使用稀疏矩阵求逆对于效率的提高还是很显著的。利用稀疏特性,很多对于零元素的操作就省掉了。如果原矩阵还是对称的,可以考虑三角分解,把单位阵的列向量作为右端项,求解得到的是对应的逆阵的列向量。
但是,按照前辈的说法,“绝大部分情况下,求逆阵肯定不是必需的”,这一说法我现在还是挺赞同的。 至少, 一般我们不会在有限元求解或者普通的线性方程组求解的时候,是先对系数矩阵求逆的吧。 所以,我认为,逆阵在数学上很漂亮,对于公式推导有所帮助,但是在数值计算中是应该尽量避免直接计算它的,而且,更重要的是,在绝大部分情况下,是可以避免的。 


稀疏矩阵求解:
GRUS SPARSE SOLVER 这个工具
求解稀疏矩阵的求解器的选择,取决于你采用的网格拓扑结构,是结构化,还是非结构化;另外一个是对称,还是非对称。 

对于结构化网格形成的 稀疏矩阵,用SIP,ADI计算相对简单,占用内存小,速度也比较快,尤其是SIP类的算法,现在被广泛应用。 

对于非结构化网格,编程相对困难些,占用内存大,一般采用CG类(共扼梯度法)的求解器,现在用的比较多的有CGSTAB,CGS,GRMES等,一般还需要相应的预处理器。 

稍微新一点的计算流体或计算传热书上就有。 

至于求解这些矩阵的源代码,网上很容易得到,但是为你所用,估计还要费点功夫 
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