主要内容

TFQMR.

求解线性方程系统 - 无转型准剩余残余方法

描述

例子

X= tfqmr(一种B.试图解决线性方程系统A * x =为了X使用无转发的准剩余残余方法。当尝试成功时,TFQMR.显示一条消息以确认融合。如果TFQMR.由于任何原因,未能在最大迭代次数或停止之后收敛,它显示包含相对残差的诊断消息常态(B-A * X)/ NOM(B)和该方法停止的迭代号。

例子

X= tfqmr(一种B.指定该方法的公差。默认容差是1E-6

例子

X= tfqmr(一种B.麦克斯特指定要使用的最大迭代次数。TFQMR.如果无法在内部收敛,则显示诊断消息麦克斯特迭代。

例子

X= tfqmr(一种B.麦克斯特m指定预处理矩阵m和计算X通过有效解决系统 一种 m - 1 y = B. 为了y, 在哪里 y = m X 。使用预处理器矩阵可以提高问题的数度和计算效率。

例子

X= tfqmr(一种B.麦克斯特M1M2指定预安全载体矩阵的因素m这样m = m1 * m2

例子

X= tfqmr(一种B.麦克斯特M1M2X0.指定解决方案矢量的初始猜测X。默认值是一个零向量。

例子

[X国旗] = TFQMR(___返回一个标志,指定算法是否成功融合。什么时候标志= 0.,融合成功。您可以将此输出语法与前面的任何输入参数组合一起使用。当您指定国旗输出,TFQMR.不显示任何诊断消息。

例子

[X国旗] = TFQMR(___还返回相对残差常态(B-A * X)/ NOM(B)。如果国旗0., 然后Relres <= tol

例子

[X国旗it] = TFQMR(___也返回迭代号码it此时X被计算了。

例子

[X国旗itResvec.] = TFQMR(___还返回每次迭代的残差范数的向量,包括第一个残差常态(b-a * x0)

例子

全部收缩

解决方形线性系统使用TFQMR.使用默认设置,然后调整解决方案过程中使用的迭代次数和迭代次数。

创建一个随机稀疏矩阵一种密度为50%。还要创建一个随机向量B.对于右侧的右侧 斧头 = B.

RNG.默认a = sprand(400,400,.5);a ='* a;b =兰特(400,1);

解决 斧头 = B. 使用TFQMR.。输出显示包括相对残差值 B. - 斧头 B.

X = TFQMR(A,B);
TFQMR在迭代40时停止,没有收敛到期望的公差1e-06,因为已经达到了迭代的最大数量。迭代返回(13号)具有相对残差0.3。

默认TFQMR.使用40个迭代和容忍度1E-6,并且该算法无法在此矩阵的那些40次迭代中收敛。由于剩余仍然很大,因此是一个良好的指标,即需要更多的迭代(或预处理器矩阵)。您还可以使用更大的容差来使算法更容易收敛。

再次使用容差来解决系统1E-4和100次迭代。

X = TFQMR(A,B,1E-4,100);
TFQMR在迭代200处停止而不会聚到所需的公差0.0001,因为达到了最大迭代次数。迭代返回(13号)具有相对残差0.3。

即使有更宽松的容忍度和更多的迭代,残差也没有很大的改善。当迭代算法以这种方式停止运行时,很好地表明需要一个预处理矩阵。

计算不完整的粗心分解一种,并使用L'因素作为预处理器输入TFQMR.

L = ichol(一个);x = tfqmr (A, b, e - 4100 L ');
TFQMR在迭代32处收敛到具有相对残差5.2E-05的溶液。

使用预处理器提高了问题的数值TFQMR.能够融合。

检查使用预处理器矩阵的效果TFQMR.解决线性系统。

加载West0479,真正的479-by-479非对称稀疏矩阵。

加载West0479.一个= west0479;

定义B.这样真正的解决方案 斧头 = B. 是所有的矢量。

b = sum(a,2);

设置容忍和最大迭代次数。

tol = 1e-12;maxit = 20;

TFQMR.在要求的公差和迭代次数上找到解决方案。指定5个输出来返回关于解决方案流程的信息:

  • X是计算的解决方案A * x =

  • FL0.是指示算法是否会融合的标志。

  • RR0.是计算答案的相对残余X

  • IT0.是迭代号码何时X被计算了。

  • RV0.是残余历史的矢量 B. - 斧头

[x,fl0,rr0,it0,rv0] = tfqmr(a,b,tol,maxit);FL0.
fl0 = 1
RR0.
RR0 = 0.9845.
IT0.
IT0 = 10.

FL0.是1因为TFQMR.不收敛到所请求的公差1E-12在请求的20次迭代中。第十次迭代是最好的近似解决方案,是如此返回的解决方案IT0 = 10.

为了帮助缓慢的收敛,您可以指定一个预处理器矩阵。自从一种不对称,使用ilu生成预调节器 m = L. 。指定删除公差以忽略值小于的非对角线项1E-6。解决预处理系统 一种 m - 1 m X = B. 通过指定L.作为输入TFQMR.

setup = struct('类型'“ilutp”'droptol',1E-6);[l,u] = ilu(a,设置);[X1,FL1,RR1,IT1,RV1] = TFQMR(A,B,TOL,MAXIT,L,U);FL1.
fl1 = 0.
RR1.
rr1 = 4.3298 e-14
IT1
IT1 = 3.

使用ilu预处理器产生比规定的耐受性更少1E-12在第三次迭代。输出rv1 (1)规范(b)和输出RV1(结束)常态(b-a * x1)

你可以遵循的进步TFQMR.通过绘制每次迭代的相对残差。用指定公差的直线绘制每个解决方案的剩余历史。请注意,如Bicgstab.TFQMR.跟踪半迭代。

半径(0:长度(RV0)-1,RV0 / NORM(B),'-O') 抓住半径(0:长度(RV1)-1,RV1 / NORM(B),'-O')yline(tol,'r--');传奇('没有预处理者'ILU预处理的“宽容”'地点''东方的')xlabel(的迭代次数)ylabel(的相对剩余的

图包含轴。轴包含3个类型的型号矩形线。这些对象没有任何预处理器,ILU预处理器,容忍度。

检查供应的效果TFQMR.初步猜测解决方案。

创建一个Tridiacal稀疏矩阵。使用每行的总和作为右侧的向量 斧头 = B. 所以预期的解决方案 X 是一个矢量。

n = 900;e =那些(n,1);a = spdiags([e 2 * e e], -  1:1,n,n);b = sum(a,2);

TFQMR.解决 斧头 = B. 两次:有一次默认初始猜测,并且有一次初始猜测解决方案。使用200个迭代和两个解决方案的默认容差。金宝搏官方网站将第二种解决方案中的初始猜测指定为向量,其中所有元素等于0.99

maxit = 200;x1 = tfqmr(a,b,[],maxit);
TFQMR在迭代19融合到具有相对残留的9.6E-07的溶液。
x0 = 0.99 * e;x2 = tfqmr(a,b,[],maxit,[],[],x0);
TFQMR在迭代4处收敛到具有相对残差7.9E-07的溶液。

在这种情况下,提供初始猜测TFQMR.要更快地收敛。

返回中间结果

您还可以使用初始猜测来通过致电获取中间结果TFQMR.在一个循环中。每个对求解器的呼叫执行一些迭代并存储计算的解决方案。然后,您将该解决方案用作下一批迭代的初始向量。

例如,此代码执行了100次迭代,并在For-Loop中的每次传递后存储解决方案向量:

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

x(:,k)是在迭代计算的解决方案矢量K.for-loop,和r(k)是这个解的相对残差。

通过提供解决线性系统TFQMR.使用计算的功能手柄斧头代替系数矩阵一种

由威尔金森测试矩数之一产生画廊是一个21×21的三角形矩阵。预览矩阵。

a =画廊(“wilk”,21)
A =21×2110 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 00 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 7 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 00 0 0 0 0 0 0 0 0 1 5 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 00 0 0 1 3 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 1 1 10 0 0 0 0 0 0 0 0 0⋮

威尔金森矩阵具有特殊结构,因此您可以代表操作斧头功能手柄。什么时候一种向量相乘,结果向量中的大部分元素都是0。结果中的非零元素对应于的非零三对角元素一种。此外,只有主对角线具有不等于1的非安利斯。

表达方式 斧头 成为:

斧头 = [ 10. 1 0. 0. 0. 1 9. 1 0. 0. 0. 1 8. 1 0. 0. 1 7. 1 0. 0. 1 6. 1 0. 0. 1 5. 1 0. 0. 1 4. 1 0. 0. 1 3. 0. 0. 0. 1 0. 0. 0. 1 10. ] [ X 1 X 2 X 3. X 4. X 5. X 21. ] = [ 10. X 1 + X 2 X 1 + 9. X 2 + X 3. X 2 + 8. X 3. + X 4. X 19. + 9. X 20. + X 21. X 20. + 10. X 21. ]

得到的向量可以写成三个向量的总和:

斧头 = [ 0. + 10. X 1 + X 2 X 1 + 9. X 2 + X 3. X 2 + 8. X 3. + X 4. X 19. + 9. X 20. + X 21. X 20. + 10. X 21. + 0. ] = [ 0. X 1 X 20. ] + [ 10. X 1 9. X 2 10. X 21. ] + [ X 2 X 21. 0. ]

在MATLAB®中,编写一个函数来创建这些向量并将它们相加,从而给出值斧头

功能Y = afun(x) Y = [0;x (1:20)] +......[(10: 1:0) ';(1:10) ']。* x +......[x (21);0);结尾

(此函数在示例结束时保存为本地功能。)

现在,解决线性系统 斧头 = B. 通过提供TFQMR.使用函数处理来计算斧头。使用宽容1E-12和50次迭代。

b = ins(21,1);tol = 1e-12;maxit = 50;x1 = tfqmr(@ afun,b,tol,maxit)
TFQMR在迭代10中收敛到具有相对残留的6.7E-15的溶液。
x1 =21×10.0910 0.0990 0.0999 0.1109 0.1109 0.1241 0.1443 0.1544 0.2383 0.1309 0.5000⋮

检查一下Afun(x1)生成一个矢量。

Afun(x1)
ans =.21×11.0000 1.0000 1.0000 1.0000 1.0000 1.0000 1.0000 1.0000 1.0000 1.0000 1.0000 1.0000 1.0000 1.0000 1.0000

本地功能

功能Y = afun(x) Y = [0;x (1:20)] +......[(10: 1:0) ';(1:10) ']。* x +......[x (21);0);结尾

输入参数

全部收缩

系数矩阵,指定为方矩阵或功能手柄。该矩阵是线性系统中的系数矩阵A * x =。一般来说,一种是一个大的稀疏矩阵或函数句柄,返回大稀疏矩阵和列向量的乘积。

指定一种作为功​​能手柄

您可以可选地将系数矩阵指定为函数句柄而不是矩阵。功能处理返回矩阵矢量产品,而不是形成整个系数矩阵,使得计算更有效。下载188bet金宝搏

要使用函数句柄,请使用函数签名函数y = afun(x)参数化功能解释了如何为函数提供额外的参数好玩儿,如有必要。函数调用Afun(x)必须返回值斧头

数据类型:双倍的|function_handle.
复数支持:金宝app是的

线性方程的右侧,指定为列向量。长度B.必须等于尺寸(a,1)

数据类型:双倍的
复数支持:金宝app是的

方法容忍度,指定为正标量。使用此输入可以在计算中进行权衡准确性和运行时。TFQMR.必须在允许的迭代次数内达到容忍度。较小的价值意味着答案必须更精确,计算才能成功。

数据类型:双倍的

最大迭代次数,指定为一个正标量整数。增加价值麦克斯特允许更多的迭代TFQMR.满足宽容。一般来说,值较小意味着需要更多的迭代来成功完成计算。

预处理器矩阵,指定为矩阵或函数句柄的单独参数。您可以指定一个预请词矩阵m或其矩阵因子m = m1 * m2为了改善线性系统的数值方面,使其更容易TFQMR.快速收敛。您可以使用不完整的矩阵分解功能iluichol.生成预处理矩阵。你也可以使用平衡在分解之前以改善系数矩阵的条件数。有关预处理者的更多信息,请参阅线性系统的迭代方法

TFQMR.将未指定的预处理器视为身份矩阵。

指定m作为功​​能手柄

您可以选择指定任何一个mM1, 或者M2作为函数处理而不是矩阵。函数句柄执行矩阵向量操作,而不是形成整个预处理矩阵,使计算更有效。

要使用函数句柄,请使用函数签名函数y = mfun(x)参数化功能解释了如何为函数提供额外的参数MFUN.,如有必要。函数调用mfun(x)必须返回值m \ x.或者m2 \(m1 \ x)

数据类型:双倍的|function_handle.
复数支持:金宝app是的

初始猜测,指定为长度为的列向量尺寸(a,2)。如果你能提供TFQMR.有更合理的初步猜测X0.而不是零的零旋钮,然后它可以节省计算时间并帮助算法收敛更快。

数据类型:双倍的
复数支持:金宝app是的

输出参数

全部收缩

线性系统解决方案,作为列向量返回。此输出为线性系统提供了近似的解决方案A * x =。若计算成功(标志= 0.), 然后小于或等于

每当计算不成功时(国旗~ = 0), 解决方案X返回的TFQMR.是在所有迭代中计算的残差范数最小的那个。

收敛标志,作为此表中的标量值之一返回。收敛标志指示计算是否成功并在几种不同形式的故障之间区分。

标志价值

收敛

0.

成功 -TFQMR.融合到所需的耐受性之内麦克斯特迭代。

1

失败 -TFQMR.迭代麦克斯特迭代,但不收敛。

2

失败 - 预处理器矩阵m或者m = m1 * m2没有病理。

3.

失败 -TFQMR.两次连续迭代后停滞不前。

4.

失败 - 由此计算的标量数之一TFQMR.算法变得太小或太大而无法继续计算。

相对残差,以标量形式返回。相对残差Relres = Norm(B-A * x)/常规(b)表明答案是多么准确的。如果计算会聚到容差之内麦克斯特然后迭代Relres <= tol

数据类型:双倍的

迭代号,作为标量返回。此输出表示计算的答案的迭代号X计算出来。每个外部迭代TFQMR.包括两个内部迭代,所以it可以作为十进制迭代次数返回。

数据类型:双倍的

残余错误,作为向量返回。剩余错误常态(B-A * x)显示算法是如何接近收敛的一个给定的值X。元素的数量Resvec.等于迭代的数量。您可以检查内容Resvec.的值来帮助决定是否更改或者麦克斯特

数据类型:双倍的

更多关于

全部收缩

无转发的准剩余残余方法

正如CGS方法的发展是为了避免在BiCG中使用系数矩阵的转置,TFQMR方法的发展是为了避免在QMR中使用转置。与“未平方”版本(BiCG和QMR)相比,这些“平方”方法每步需要额外的矩阵向量积,因此它们的效率略低。

TFQMR方法与CGS为单位,但具有更平滑的收敛性。尽管如此,由于TFQMR最终使用BICG多项式,但只要CGS就会崩溃[1]

提示

  • 大多数迭代方法的融合取决于系数矩阵的条件数量,气孔导度(A)。您可以使用平衡改善条件数一种,就其本身而言,这使得大多数迭代求解器更容易收敛。然而,使用平衡当您随后因素为平衡的矩阵时也会导致更好的质量预处理器矩阵b = r * p * a * c

  • 您可以使用矩阵重新排序功能,例如解剖Symrcm.为了释放系数矩阵的行和列,并使系数矩阵被考虑为生成预处理器时最小化非安利斯数的数量。这可以减少随后解决预处理线性系统所需的存储器和时间。

参考文献

[1] Barrett,R.,M. Berry,T. F. Chan等人,用于线性系统解决方案的模板:用于迭代方法的构建块,暹罗,费城,1994年。

扩展能力

在R2006A之前介绍