解决一个矩形线性系统使用lsqr默认设置,然后调整解决方案中使用的宽容和迭代次数的过程。

创建一个随机稀疏矩阵一个密度为50%。还创建一个随机向量b的右边 $\mathrm{斧头}=\mathit{b}$。

rng默认的5 = sprand (400300);b =兰德(400 1);

解决 $\mathrm{斧头}=\mathit{b}$使用lsqr。输出显示包括相对残留误差的值 $\frac{为\mathit{b}-\; -\; -\; -\; -\; -\mathrm{斧头}为}{为\mathit{b}为}$。

x = lsqr (A, b);

lsqr停在迭代20不收敛所需的公差1 e-06因为迭代的最大数量。返回的迭代(20)数量相对剩余0.26。

默认情况下lsqr使用20个迭代和宽容的1 e-6,但该算法无法在这20个迭代收敛这个矩阵。由于残余还大,这是一个很好的指标,需要更多的迭代(或预调节器矩阵)。您还可以使用更大的宽容使算法更容易收敛。

解决系统再次使用的宽容1的军医和70的迭代。指定返回相对剩余6个输出relres的计算解决方案,以及剩余的历史resvec和最小二乘残差的历史lsvec。

[x,国旗,relres, iter resvec, lsvec] = lsqr (A, b, 1的军医,70);国旗

国旗= 0

自国旗是0,该算法能够满足所需的错误容忍在指定数量的迭代。你通常可以调整公差和迭代次数之间做出权衡速度和精度。

检查计算的相对剩余和最小二乘残差的解决方案。

relres

relres = 0.2625

lsr = lsvec(结束)

lsr = 2.7640 e-04

这些残留的规范说明x是一个最小二乘解,因为relres不小于指定的公差1的军医。因为没有一致的解决线性系统存在,最好的解决者能做的就是使最小二乘残差满足公差。

画出剩余的历史。相对剩余resvec很快达到一个最小值和不能取得进一步进展,而最小二乘残差lsvec在后续迭代中仍然是最小的。

N =长度(resvec);lsvec semilogy (0: n - 1,“- o”0:n - 1、resvec“o”)传说(“最小二乘残差”,“相对剩余”)

检查使用预处理矩阵的影响lsqr解决一个线性系统。

负载west0479,一个真正的479 - 479年-非对称稀疏矩阵。

负载west0479一个= west0479;

定义b所以,真正的解决方案 $\mathrm{斧头}=\mathit{b}$是一个向量的。

b =和(2);

宽容和最大迭代数。

托尔= 1 e-12;麦克斯特= 20;

使用lsqr找到一个解决方案在请求的宽容和迭代次数。指定6输出返回的信息解决方案过程:

[x, fl, rr,房车,lsrv] = lsqr (A, b,托尔,麦克斯特);fl

fl = 1

rr

rr = 0.0017

它

它= 20

自fl = 1,该算法不收敛于指定的公差内的最大迭代数。

援助与收敛速度慢,您可以指定一个预处理矩阵。自一个非对称,使用ilu生成预调节器 $\mathit{米}=\mathit{l}\mathit{U}$以映像的形式。指定公差忽略nondiagonal条目下降值小于1 e-6。解决了预处理系统 ${\mathrm{我}}^{-\; -\; -\; -\; -\; -1}\left(\mathit{米}\mathit{x}\right)=\mathit{b}$为 $\mathit{y}=\mathrm{Mx}$通过指定l和U随着M1和平方米输入lsqr。

设置=结构(“类型”,“ilutp”,“droptol”1 e-6);[L U] = ilu(一个,设置);(x1, fl1 rr1、it1 rv1, lsrv1] = lsqr (A, b,托尔,麦克斯特,L, U);fl1

fl1 = 0

rr1

rr1 = 7.0954 e-14

it1

it1 = 13

的使用ilu预调节器产生一个相对剩余不到规定的公差1 e-12在13日的迭代。输出rv1 (1)是规范(b),输出rv1(结束)是规范(b * x1)。

你可以遵循的进步lsqr通过绘制相对残差在每个迭代。情节的残余历史的每个解决方案指定的公差。

semilogy(0:长度(rv) 1、rv /规范(b),“o”)举行在semilogy(0:长度(rv1) 1, rv1 /规范(b),“o”)yline(托尔,“r——”);传奇(“没有预调节器”,ILU预处理的,“宽容”,“位置”,“东”)包含(的迭代次数)ylabel (的相对剩余的)

检查供应的影响lsqr解决方案的初始猜测。

创建一个随机矩形稀疏矩阵。使用每一行的总和作为向量的右边 $\mathrm{斧头}=\mathit{b}$因此,预期的解决方案 $\mathit{x}$是一个向量的。

= sprand (700900, 0.1);b =和(2);

使用lsqr来解决 $\mathrm{斧头}=\mathit{b}$两次:一次使用默认初始猜测,和一个解决方案的时间和一个很好的初始估计。使用75次迭代和默认的对这两个解决方案。金宝搏官方网站指定初始猜测第二个解决方案作为一个向量的所有元素等于0.99。

麦克斯特= 75;x1 = lsqr (A, b,[],麦克斯特);

lsqr聚集在迭代64与相对剩余8.7 e-07解决方案。

x0 = 0.99 *(大小(A, 2), 1);x2 = lsqr(麦克斯特,A, b, [] [], [], x0);

lsqr聚集在迭代26与相对剩余9.6 e-07解决方案。

最初想接近预期的解决方案,lsqr能够在更少的迭代收敛。

x0 = 0(大小(2),1);托尔= 1 e-8;麦克斯特= 100;为k = 1:4 [x,国旗,relres] = lsqr (A, b,托尔,麦克斯特[],[],x0);X = X (:, k);R (k) = relres;x0 = x;结束

解一个线性系统通过提供lsqr计算一个函数处理* x和‘* x的系数矩阵一个。

创建一个非对称三对角矩阵。预览矩阵。

一个=画廊(“wilk”21)+诊断接头(1(20日1),1)

一个=21日×2110 2 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 2 1 9 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 8 2 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 7 2 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 6 2 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 2 5 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 4 2 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 3 2 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 2 2 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 1 2 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0⋮

因为这三对角矩阵有一个特殊的结构,你可以代表操作* x一个函数处理。当一个乘以一个向量,大部分结果向量中的元素是0。结果中的非零元素对应的非零三对角元素一个。

表达式 $\mathit{一个}\mathit{x}$就变成:

$\mathit{一个}\mathit{x}=\left(\begin{array}{ccccccc}10& 2& 0& \cdots & & \cdots & 0\\ 1& 9& 2& 0& & & ⋮\\ 0& 1& \ddots & 2& 0& & \\ ⋮& 0& 1& 0& \ddots & \ddots & ⋮\\ & & 0& \ddots & 1& \ddots & 0\\ ⋮& & & \ddots & \ddots & \ddots & 2\\ 0& \cdots & & \cdots & 0& 1& 10\end{array}\right]\left(\begin{array}{c}{\mathit{x}}_1\\ {\mathit{x}}_2\\ {\mathit{x}}_3\\ ⋮\\ ⋮\\ {\mathit{x}}_{21}\end{array}\right]=\left(\begin{array}{c}{10\mathit{x}}_1+2{\mathit{x}}_2\\ {\mathit{x}}_1+9{\mathit{x}}_2+2{\mathit{x}}_3\\ ⋮\\ ⋮\\ {\mathit{x}}_{19}+9{\mathit{x}}_{20.}+2{\mathit{x}}_{21}\\ {\mathit{x}}_{20.}+10{\mathit{x}}_{21}\end{array}\right]$。

结果向量可以写成三个向量的总和:

$\mathit{一个}\mathit{x}=\left(\begin{array}{c}{10\mathit{x}}_1+2{\mathit{x}}_2\\ {\mathit{x}}_1+9{\mathit{x}}_2+2{\mathit{x}}_3\\ ⋮\\ ⋮\\ {\mathit{x}}_{19}+9{\mathit{x}}_{20.}+2{\mathit{x}}_{21}\\ {\mathit{x}}_{20.}+10{\mathit{x}}_{21}\end{array}\right]$= $\left(\begin{array}{c}0\\ {\mathit{x}}_1\\ {\mathit{x}}_2\\ ⋮\\ {\mathit{x}}_{20.}\end{array}\right]+\left(\begin{array}{c}{10\mathit{x}}_1\\ {9\mathit{x}}_2\\ ⋮\\ 9{\mathit{x}}_{20.}\\ 10{\mathit{x}}_{21}\end{array}\right]+2\cdot \left(\begin{array}{c}{\mathit{x}}_2\\ {\mathit{x}}_3\\ ⋮\\ {\mathit{x}}_{21}\\ 0\end{array}\right]$。

同样地,的表达式 ${\mathit{一个}}^{\mathit{T}}\mathit{x}$就变成:

${\mathit{一个}}^{\mathit{T}}\mathit{x}=\left(\begin{array}{ccccccc}10& 1& 0& \cdots & & \cdots & 0\\ 2& 9& 1& 0& & & ⋮\\ 0& 2& \ddots & 1& 0& & \\ ⋮& 0& 2& 0& \ddots & \ddots & ⋮\\ & & 0& \ddots & 1& \ddots & 0\\ ⋮& & & \ddots & \ddots & \ddots & 1\\ 0& \cdots & & \cdots & 0& 2& 10\end{array}\right]\left(\begin{array}{c}{\mathit{x}}_1\\ {\mathit{x}}_2\\ {\mathit{x}}_3\\ ⋮\\ ⋮\\ {\mathit{x}}_{21}\end{array}\right]=\left(\begin{array}{c}{10\mathit{x}}_1+{\mathit{x}}_2\\ {2\mathit{x}}_1+9{\mathit{x}}_2+{\mathit{x}}_3\\ ⋮\\ ⋮\\ {2\mathit{x}}_{19}+9{\mathit{x}}_{20.}+{\mathit{x}}_{21}\\ {2\mathit{x}}_{20.}+10{\mathit{x}}_{21}\end{array}\right]$。

${\mathit{一个}}^{\mathit{T}}\mathit{x}=\left(\begin{array}{c}{10\mathit{x}}_1+{\mathit{x}}_2\\ {2\mathit{x}}_1+9{\mathit{x}}_2+{\mathit{x}}_3\\ ⋮\\ ⋮\\ {2\mathit{x}}_{19}+9{\mathit{x}}_{20.}+{\mathit{x}}_{21}\\ {2\mathit{x}}_{20.}+10{\mathit{x}}_{21}\end{array}\right]=2\cdot \left(\begin{array}{c}0\\ {\mathit{x}}_1\\ {\mathit{x}}_2\\ ⋮\\ {\mathit{x}}_{20.}\end{array}\right]+\left(\begin{array}{c}{10\mathit{x}}_1\\ {9\mathit{x}}_2\\ ⋮\\ 9{\mathit{x}}_{20.}\\ 10{\mathit{x}}_{21}\end{array}\right]+\left(\begin{array}{c}{\mathit{x}}_2\\ {\mathit{x}}_3\\ ⋮\\ {\mathit{x}}_{21}\\ 0\end{array}\right]$。

在MATLAB®,编写一个函数,创建这些向量并将它们添加在一起,从而赋予的价值* x或‘* x,这取决于国旗输入:

函数y = afun (x,国旗)如果比较字符串(国旗,“notransp”)%计算* x(y = 0;x (1:20))…+ ((10:1:0)';(1:10)”)。* x…+ 2 * (x(2:结束);0);elseif比较字符串(国旗,“透明”)' * x %计算y = 2 * [0;x (1:20))…+ ((10:1:0)';(1:10)”)。* x…+ (x(2:结束);0);结束结束

(这个函数保存为本地函数结束时的例子。)

现在,解决线性系统 $\mathrm{斧头}=\mathit{b}$通过提供lsqr计算的函数处理* x和‘* x。使用一个公差1 e-6和25个迭代。指定 $\mathit{b}$行总结 $\mathit{一个}$所以,真正的解决方案 $\mathit{x}$是一个向量的。

b =全(sum (A, 2));托尔= 1 e-6;麦克斯特= 25;x1 = lsqr (@afun, b,托尔,麦克斯特)

lsqr聚集在迭代21与相对剩余5.4 e-13解决方案。

x1 =21日×11.0000 1.0000 1.0000 1.0000 1.0000 1.0000 1.0000 1.0000 1.0000 1.0000⋮

函数y = afun (x,国旗)如果比较字符串(国旗,“notransp”)%计算* x(y = 0;x (1:20))…+ ((10:1:0)';(1:10)”)。* x…+ 2 * (x(2:结束);0);elseif比较字符串(国旗,“透明”)' * x %计算y = 2 * [0;x (1:20))…+ ((10:1:0)';(1:10)”)。* x…+ (x(2:结束);0);结束结束