使用Eigen-如何求解零列的稀疏(SPD)线性系统?

时间:2020-09-01 11:41:55

标签: c++ sparse-matrix linear-algebra eigen algebra

(我正在使用Eigen C ++库)

我需要解决Ax = 0形式的方程组,以便找到x向量(A是稀疏的)。

编辑:A是SPD(对称正定)

由于某些x值是已知的,因此我将它们从A中删除以创建Af并放入另一个与Ac相同尺寸的矩阵A中,并且将-Ac与一个具有已知x值且在所有其他位置为零的向量相乘,以创建向量b

现在,我尝试使用Af * x = b来解决SparseLU<SparseMatrix<float>>,但是由于分解不起作用而失败了。我收到此错误:

矩阵在结构上是奇异的...零列为480

为什么我的列为零是一个问题?零行肯定会是一个问题,但零列呢?我只是更改了以下内容:

x_1 + x_2 = 0

x_2 = 3

x_1 + 0 = -3

即使将方程式放入矩阵中,即使我的列为零,解决方案仍是x_1 = -3 & x_2 = 3

我该如何解决这个问题?

3 个答案:

答案 0 :(得分:2)

您给定了“ A”和“ b = 0”,并且知道A是对称正定的。 因为A是spd,所以它没有非平凡的零空间(这是重要的属性)。也就是说,存在的唯一的“ x”是x =0。Ax = b = 0。

因此,如果给出非零值,您将找不到解决方案。始终为x = 0。 我说这是为了强调Eigen无法解决问题,因为它是用公式表示的。

答案 1 :(得分:0)

我的线性代数有点生锈。

为了使矩阵具有唯一的解,矩阵的秩必须与维相同。如果列数为零,则等级将比维度小一,并且有一个自由变量。

如果您要解决Ax = 0,那么您要追究的是null space,请尝试查看此link

答案 2 :(得分:0)

为什么我的列为零是一个问题?

因为这意味着您的方程式忽略了未知向量的组成部分之一,这导致解不唯一(被忽略的未知数的任何值都可以满足方程式。)

由于某些x值是已知的,因此我将它们从A中删除以创建Af并放入另一个与Ac相同尺寸的矩阵A中,并且将-Ac与一个具有已知x值且在所有其他位置为零的向量相乘,以创建向量b

我不确定您从矩阵中删除x值的精确程度。它们不是矩阵的组成部分,因此无法删除。但是,如果确实知道它们,则应该将它们替换到方程组中,然后从矩阵中删除相应的列,然后删除无关的行以使矩阵正方形。

例如假设您已将Ab定义如下:

    ⎛1 2 3⎞
A = ⎜2 4 5⎟,
    ⎝3 5 6⎠
b = (3,-5,8)ᵀ,

您的方程式是

Ax=b.

x₂为-32。我们可以替换它,得出以下等式:

A'x'+c=b,

其中

     ⎛1 3⎞
A' = ⎜2 5⎟,
     ⎝3 6⎠
x' = (x₁,x₃)ᵀ,
c = (-64,-128,-160)ᵀ.

cA第二列与x₂的乘积。将c移至RHS并在其中产生k=b-c之后,您将获得一个过分确定(尽管一致)的系统

A'x'=k,

,因此您应该从A中删除一行,并从k中删除同一行。例如。删除最后一行将得出方程式

A"x'=k',

其中

     ⎛1 3⎞
A" = ⎝2 5⎠,
k' = (67,123)ᵀ,

,其解决方案为x'=(x₁,x₃)ᵀ=(34,11)ᵀ。可以使用与平方矩阵配合使用的线性求解器来求解该方程。

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