y 0 z 0 z 0 , x1 x1 z 0 , x2 x2 ,
що буде за довільного z 0 ортогональним одночасно до x1 і x2 , і так далі.
1.4.RQ-ітерація
R Q - і т е р а ц і я (R a y l e i g h Qu o t ien t It era tio n ) є швидше збіжною модифікацією методу зворотних ітерацій зі змінними зсувами, що застосовують для симетричних матриць. У цій модифікації зворотної ітерації як зсув використовується співвідношення Релея.
Як і SP-алгоритм, RQ-ітерація не припускає попереднього приведення матриці до тридіагонального вигляду. Ал го р и тм RQ - і тер а ц ія наступний.
Алгоритм 6. Для заданих симетричної матриці А порядку n, почат-
кового вектора x 0 такого, що |
|
x 0 |
|
2 |
1 , |
величини точності 0 покла- |
|||||||||||||||
|
|
||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
сти лічильник ітерацій k 1 та виконати: |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||
1. |
Визначити співвідношення Релея |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||
|
|
k 1 |
|
Ax k 1 , x k 1 |
|
|
|
|
|
||||||||||||
|
|
|
x k 1 , x k 1 |
. |
|
|
(11) |
||||||||||||||
2. |
Обчислити вектор y k як розв’язок системи лінійних рівнянь |
||||||||||||||||||||
|
A |
k 1 |
E y |
k |
|
x |
k 1 |
. |
|
|
|
|
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||
3. |
Обчислити наближений власний вектор |
|
|
|
|
|
|||||||||||||||
|
|
x k |
|
|
|
y k |
|
. |
|
|
|
|
|
|
|
||||||
|
|
|
|
y k |
|
2 |
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
4. |
Якщо виконується умова |
|
|
Ax k k 1 x k |
|
|
|
, то збіжність до |
|||||||||||||
|
|
|
|
||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
власного значення досягнута; в протилежному випадку покласти k k 1 та перейти до кроку 1.
Якщо умова збіжності виконана, то число k 1 віддалено від деяко-
го власного значення матриці А не більш, ніж на ε.
Зсуви на співвідношення Релея за наявності ортонормованого базису із власних векторів x1, x2 , , xn забезпечують асимптотично к у біч ну
22
ш в и д кіс ть збі ж но с ті послідовності Релея x 0 , x 1 , x 2 , до деякого
з векторів цього базису в залежності від початкового наближення.
Пр а кти ч не за сто сува ння RQ - іт ер а ц і ї пов’язано з низкою
о со бли во с тей . По-перше, треба мати добре початкове наближення x 0 , що апроксимує за напрямом шуканий власний вектор. Якщо шуканим є
вектор x1 , то одним з можливих способів пошуку наближення x 0 є за-
стосування декількох кроків PMабо SP-алгоритму степеневого методу. По-друге, на кожній ітерації алгоритму потрібно розв’язувати систему лінійних рівнянь з новою матрицею, що призводить до додаткових обчислювальних затрат. По-третє, застосування змінних зсувів суттєво погіршує на кожному кроці зумовленість системи лінійних рівнянь. Однак в цьому випадку похибки заокруглення зосереджуються саме в напрямі шуканого власного вектора, що тільки прискорює домінування необхідної складової. Тому часто як критерій припинення роботи алгоритму використовують
умову y k C , де С – достатньо велике число. І нарешті, в RQ-ітерації
можна використовувати довільні векторні норми, але природнішим є застосування евклідової норми вектора. Тоді
x k 1 |
|
|
|
1 |
|
|
x k 1 , x k 1 |
||
|
|
2 |
|
|
|
|
|
|
і співвідношення Релея (11) матиме вигляд
k 1 Ax k 1 , x k 1 .
Приклад 4. Знайти деяке власне значення та відповідний йому влас-
|
11 |
6 |
2 |
|
|
|
|
|
|
|
з точністю 10 3 , прийнявши за |
ний вектор матриці A |
6 |
10 |
4 |
||
|
|
2 |
4 |
|
|
|
|
6 |
|
||
|
|
|
|
1 |
|
|
|
|
|
|
|
початковий наближення вектор x 0 0 |
. |
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
0 |
|
Ро з в ' я за н ня . |
Покладемо лічильник ітерацій k 1 . Обчислимо |
||||
співвідношення Релея: |
|
|
|
|
|
0 Ax 0 , x 0 11.
23
Розв’яжемо систему лінійних рівнянь A 0 E y 1 x 0 , тобто
|
|
|
|
|
|
|
|
0 |
6 |
2 |
|
|
|
|
y |
1 |
1 |
|
|
|
||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1 |
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
6 |
1 |
4 |
|
|
|
|
1 |
|
|
|
|
||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
y |
|
0 |
|
. |
|
||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2 |
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2 |
4 |
5 |
|
|
|
1 |
|
0 |
|
|
|
|
|||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
y |
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
3 |
|
|
|
|
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
0,039 |
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
y 1 |
|
0,136 |
|
|
|
|
|
||||||||
В результаті отримаємо |
|
|
|
вектор |
|
. Його евклідова норма |
||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
0,093 |
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
y 1 |
|
|
|
0,169 . Обчислимо наближення до власного вектора: |
|||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
0,039 |
|
0,232 |
|
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||
|
|
|
|
|
x 1 |
|
|
1 |
|
|
|
|
|
|
1 |
|
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
y |
|
|
|
|
|
|
0,136 |
|
0,803 |
. |
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
y |
|
|
|
|
|
0,169 |
|
|
|
0,093 |
|
|
|
0,549 |
|
||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||
Перевіримо виконання умови збіжності: |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Ax 1 0 x 1 |
|
|
|
2 |
|
5,915 , |
|
|||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
тобто умову збіжності не виконано, тому ітераційний процес треба продовжити.
На четвертій ітерації проміжні результати обчислень будуть такими. Співвідношення Релея:
|
|
11 |
6 |
2 |
|
0,662 |
|
0,662 |
|
|
|
||
3 Ax 3 |
|
|
|
|
|
|
|
, |
|
|
|
|
|
, x 3 |
|
6 |
10 |
4 |
|
0,378 |
|
0,378 |
|
|
6,003 . |
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2 |
4 |
6 |
|
0,647 |
|
|
0,647 |
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Вектор |
y 4 , знайдений |
як |
|
розв’язок |
системи |
лінійних рівнянь |
||||||
3 |
E y |
4 |
x |
3 |
, |
|
|
|
|
|
|
|
A |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
201,022 |
|
|
|
|
|
|
|
|
y 4 |
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
100,515 |
. |
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
201,006 |
|
|
Його |
евклідова |
|
норма |
|
y 4 |
|
2 |
301,524 . Тоді |
можна обчислити |
|||
|
|
|
||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
наближення до власного вектора: |
|
|
|
24
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
201,022 |
|
|
0,667 |
|
x 4 |
|
|
|
|
|
1 |
|
|
4 |
|
|
|
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
y |
|
|
|
|
|
|
100,515 |
|
|
0,333 |
. |
||||
|
|
|
|
|
y |
4 |
|
|
301,524 |
|
201,006 |
|
|
0,667 |
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
Умова збіжності |
|
|
|
|
Ax 4 3 x 4 |
|
|
|
3,316 10 3 10 3 не виконується, |
|||||||||||
|
|
|
|
|||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
тому для досягнення необхідної точності результату треба провести ще одну ітерацію. Покладемо k 5 та обчислимо співвідношення Релея:
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
4 |
|
Ax |
4 |
, x |
4 |
6,000 . |
|
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||
Знайдемо |
|
вектор |
|
y 5 |
|
як |
розв’язок |
системи |
лінійних |
рівнянь |
||||||||||||||||
A |
4 |
E y |
5 |
x |
4 |
, |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1,221 108 |
|
|
|
|
|
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
y 5 |
6,104 107 |
|
|
|
|
|
||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1,221 108 |
|
|
|
||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
та обчислимо |
його |
евклідову |
|
норму |
|
y 5 |
|
|
|
2 |
1,831 108 . |
Отримані |
||||||||||||||
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
результати |
|
|
свідчать, |
що |
|
матриця |
системи |
лінійних |
рівнянь |
|||||||||||||||||
|
|
|
5 |
6 |
2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
A 4 E |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
6 |
4 |
|
4 |
погано |
|
зумовлена. Наближення до |
власного |
||||||||||||||||||
|
|
|
|
2 |
4 |
0 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
вектора на п’ятій ітерації:
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
0,667 |
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
x 5 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
y 5 |
0,333 . |
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
y 5 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2 |
|
|
0,667 |
|
|
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||
|
|
|
|
Ax |
5 |
|
4 |
x |
5 |
|
|
|
|
5,461 10 |
9 |
|
|
|
тому за |
|||||||||
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||||
Умову збіжності |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
виконано, |
||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2 |
|
|
|
|
|
4 |
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||
п’ять ітерацій знайдено друге власне значення матриці А 2 |
6,000 |
|||||||||||||||||||||||||||
|
|
|||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
0,667 |
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
та відповідний власний вектор x2 |
x 5 |
0,333 . |
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
0,667 |
|
|
|
|
25