下一节:直接方法 上一级:引言 上一节:寻找特征值

存储需求

在表4.1的最后一列中,我们给出了所需存储量的估计。
矩阵数量
表示需要存储多少个向量。2或3的含义很明显;“中等”意味着所需向量数是寻求的特征值数量m的倍数,例如3m5m。“少量”比适度更少,例如m+10,而“大量”则更多。
分解方法
指示是否需要额外的矩阵存储。“LU”表示稀疏LU分解,“ILU”表示不完全分解。这应该比LU分解更紧凑。

最后,我们注意到,诸如计算小于给定实数\alpha或位于给定区间[\alpha, \beta]内的A的特征值数量等任务,并不需要计算特征值,因此可以以更低的成本完成。 关键工具是矩阵惯性(matrix inertia)。A的惯性是由三个整数组成的三元组(\nu(A),\zeta(A),\pi(A)),其中\nu(A)A的负特征值数量,\zeta(A)A的零特征值数量,\pi(A)A的正特征值数量。西尔维斯特惯性定律(Sylvester's law of inertia)指出,矩阵的惯性在合同变换下是不变的;也就是说,对于所有非奇异矩阵FAF^T A F具有相同的惯性。例如,参见[198, p. 403]或[114, p. 202]。

假设位移矩阵A - \alpha I具有LDL^{T}分解

A - \alpha I = L D L^T,
其中D是一个对角矩阵。根据西尔维斯特惯性定律,\nu(A - \alpha I) = \nu(D)。因此,从A - \alpha I的LDL^{T}分解中负对角元素的数量给出了小于\alphaA的特征值数量。在工程文献中,\nu(A-\alpha I)通常被称为Sturm序列数。

很容易看出,假设\alpha < \beta且两个位移矩阵A - \alpha IA - \beta I是非奇异的,那么\nu(A - \beta I) - \nu(A - \alpha I)就是区间[\alpha, \beta]内的特征值数量。因此,计算A在给定区间[\alpha, \beta]内的特征值数量的成本相当于对A - \alpha IA - \beta I进行两次LDL^{T}分解的成本。这比在[\alpha, \beta]内找到所有特征值要便宜得多。参考第10.3节了解LDL^{T}分解的可用软件。

在实践中,计数技术经常被用作验证所谓数值方法在给定区间[\alpha, \beta]内找到所有特征值的置信区间的工具。



下一节:直接方法 上一级:引言 上一节:寻找特征值
Susan Blackford 2000-11-20