矩阵特征值计算方式
2022-4-8
| 2023-8-2
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幂法

设置方阵 的各特征值 中仅有唯一的模长最大的值,且各特征矢 线性无关,即:
是任意不为零的 维向量:
由迭代公式:
可以证明,在 足够大时,矩阵特征值 是向量 与向量 的任意两个对应分量之商
 
证明
由于 维向量且线性无关,故它是 空间中的一组基底,故无论的取值,它总能被表示为 ,其中, 不全为0, 即是各个特征矢的线性组合
 
由迭代公式:
重写上述等式:
不妨假设 是各个特征值中绝对值最大的一个,则在充分大时,等式可以截断为:
此时, 可以看作是方阵对应于特征值的一个特性矢。同时,在 充分大时,
可以知道, 线性相关,且线性系数之比为
故,可以将 的任一对应分量作比,有:
 
但是精妙的数学逻辑应用到计算机上就会变得粗糙,由于需要重复计算若干多次式 ,向量 中的分量可能出现溢出或舍入为0的情况。故这时需要对每一次迭代出的向量进行归一化处理:
由上述原理,在实际计算中,在的分量选择过程中,应当选择绝对值最大的分量以消除舍入误差
 

有效性讨论

  1. 若不满足"仅有一个模取得最大值"的情况,由上述推导过程易知算法仍有效
  1. 特殊地,若有 时,迭代过程变为一摆动序列,则比较足够大时的任意相邻三项即可得到求出
  1. 易知,算法的收敛速度取决于
 
 

迭代加速

原点移位法

的特征值,则 的特征值.
因此只需要找到合适的 使得 ,就可以用矩阵 来代替矩阵 ,从而获得更快的收敛过程.
但实践中我们不可能先验地知晓 的所有特征值,故此该方法在实际上难以精确地执行
 

Aitken方法

称幂法中" 足够大时, 成比例"为一阶收敛,若序列 一阶收敛至,即:
作近似:在 充分大时有
解出 的表达式:
每次进行幂法迭代之后,都依据上式计算一次 ,若 与上一个 之间的误差满足条件,则输出结果.
 
 
 
 
 
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