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第八讲预处理技术
第八讲 预处理技术
1 预处理迭代方法
2 预处理技术
Nothing will be more central to computational science in the next
centurythantheartoftransformingaproblemthatappearsintractable
intoanotherwhosesolutioncanbeapproximatedrapidly. ForKrylov
subspacematrixiterations,thisis preconditioning.
—TrefethenBau,1997.
为了改善krylov 迭代方法的收敛性与可靠性, 我们通常需要运用预处理
技术(preconditioning).
通俗地说, 预处理就是将原来难以求解的问题转化成一个等价的但比较
容易求解的新问题.
预处理技术的研究是目前科学计算领域中的重要研究课题之一.
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1 预处理迭代方法
对于线性方程组, 预处理就是通过适当的线性转换, 转换为一个新方程组.
考虑线性方程组
非奇异 (9.1)
如果在方程组的两边同时左乘一个非奇异矩阵 的逆, 则可得
(9.2)
这就是预处理后的方程组, 就称为预处理子(preconditioner).
用Krylov 子空间方法求解(9.2) 时, 就称为预处理Krylov 子空间方法.
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预处理子的构造
理论上讲, 任何一个非奇异矩阵都可以作为预处理子. 但一个好的预处理
子 通常需满足下面两个要求:
(1) 具有更好的特征值分布及/或更小的条件数;
(2) 容易求解.
其中第一个要求是为了确保预处理后的线性方程组更容易求解, 也就是
说, 选取的预处理方法是有效的.
Krylov ( 时
第二要求是因为在用 子空间方法求解预处理后的方程组 9.2) ,
每步迭代都需要求解一个以 为系数矩阵的线性方程组, 为了不增加太
多额外的运算量, 必须很容易求解.
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预处理方式
左预处理:
右预处理:
两边预处理: ,
这三种方式预处理后的系数矩阵分别为 , 和.
由于它们是相似的, 所以有相同的特征值分布.
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预处理方式的选择
若 对称正定, 用CG 求解, 这三种方式的预处理效果基本一致.
但若 非对称(特别是非正规) 情形,
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