Кіріспе

Матрицаның ыдырауы. Сызықтық алгебрада QR ыдырауы, QR факторландыру немесе QU факторландыру деп те аталады, бұл A матрицасын A = QR түрінде, ортонормалды Q матрицасы мен жоғарғы үшбұрышты R матрицасының көбейтіндісі ретінде ыдырату болып табылады. QR ыдырауы сызықтық ең кіші квадраттар (LLS) мәселесін шешу үшін жиі қолданылады және QR алгоритмі деп аталатын өзіндік мәндерді табу алгоритмінің негізі болып табылады.

Артықшылықтары мен кемшіліктері

Үй иесінің түрлендіруін қолдану, R матрицасында нөлдерді жасау механизмі ретінде көрістірулерді пайдалану арқасында сандық тұрақты QR ыдырау алгоритмдерінің ең қарапайым түрі болып табылады. Дегенмен, Үй иесінің көрістіру алгоритмі жолақты кеңдігі жоғары және параллельдеуге келмейді, себебі жаңа нөлдік элементті шығаратын әрбір көрістіру Q және R матрицаларының толығымен өзгеруіне себеп болады.

Гивенс айналымдарын пайдалану

QR ыдырауларын Гивенс айналымдарының сериясымен есептеуге де болады. Әрбір айналым матрицаның субдиагоналіндегі бір элементті нөлге теңестіріп, R матрицасын қалыптастырады. Барлық Гивенс айналымдарының тізбегі ортогональды Q матрицасын құрайды. Іс жүзінде, Гивенс айналымдары толық матрицаны құрастырып, матрицалық көбейту орындау арқылы емес, оның орнына Гивенс айналу процедурасы қолданылады. Бұл процедура сирек матрицалық көбейтумен бірдей нәтиже береді, бірақ сирек элементтерді басқаруға қосымша еңбек жұмсамайды. Гивенс айналу процедурасы диагональдық элементтерден салыстырмалы түрде аз ғана элементтерді нөлге теңеу қажет болған жағдайларда тиімді және Хаусхолдер түрлендірулеріне қарағанда параллельдеуге оңай.

Артықшылықтары мен кемшіліктері

Гивенс айналымдары арқылы QR-тасуды іске асыру ең күрделі, себебі алгоритмді толыққанды пайдалану үшін қатарлардың дұрыс ретін анықтау оңай емес. Дегенмен, оның маңызды артықшылығы бар: әрбір жаңа нөлдік элемент тек нөлделуі тиіс элементі бар қатарға (i) және одан жоғары орналасқан қатарға (j) ғана әсер етеді. Бұл Гивенс айналу алгоритмін үй иесінің көрістіру әдісіне қарағанда жолақты тиімдірек және параллельдеуге қолайлырақ жасайды.

Сызықтық кері есептерді шешу үшін пайдалану

Тікелей матрицалық инверске қарағанда QR ыдырауды қолданатын инверстік шешімдер сандық тұрақтылығымен ерекшеленеді, бұл олардың төмендеген жағдай санымен дәлелденеді. Белгісіз коэффициенттері бар сызықтық теңдеулер жүйесін шешу үшін, мөлшері және рангісі бар матрицаның транспозінің QR ыдырауын табу керек: , мұнда Q – ортогональды матрица (яғни ), ал R ерекше формаға ие: Мұнда – квадратты жоғарғы үшбұрышты матрица, ал нөлдік матрицаның өлшемі болады. Кейбір алгебралық амалдардан кейін, кері есептің шешімін былай көрсетуге болады: , мұнда немесе Гаусс жою арқылы немесе тікелей алға қарай қосымшалау арқылы табуға болады. Соңғы әдіс жоғары сандық дәлдікке және төмен есептеулерге ие. Норманы азайтатын артық анықталған мәселенің шешімін табу үшін, алдымен матрицаның QR ыдырауын табу керек: Шешімді былай көрсетуге болады, мұнда – толық ортонормалды негіздің алғашқы бағандарын қамтитын матрица, ал – бұрынғыдай. Белгісіз коэффициенттері бар жағдайға ұқсас, кері қосымшалауды осыны ашық түрде инверсиялаусыз жылдам және дәл табу үшін қолдануға болады (және матрицалары сандық кітапханалармен көбінесе «экономикалық» QR ыдырау ретінде ұсынылады).

Жалпылау

Ивасава ыдырауы жартылай қарапайым Лай топтары үшін QR ыдырауын жалпылайды.