在Python中计算稀疏矩阵的N个最小特征值

时间:2012-01-31 16:06:40

标签: python scipy sparse-matrix eigenvalue

我想在Python中找到稀疏矩阵的N个最小特征值。我尝试使用scipy.sparse.linalg.eigen.arpack包,但计算最小的特征值非常慢。我在某处看到有一个移位反转模式,但是当我尝试使用它时,我收到一条错误消息,告诉我还没有支持shift-invert模式。关于我应该如何进行的任何想法?

1 个答案:

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SciPy版本

scipy.sparse.linalg.eigs from SciPy v0.9的文档与scipy.sparse.linalg.eigs from SciPy v0.10的文档进行比较,似乎自v0.10起实现了shift-invert模式并正在工作。具体来说,v0.9文档中对sigma参数的解释说明它没有实现,但v0.10文档并未指出是这种情况。

如果您没有SciPy v0.10或更高版本,安装最新应该可以让您使用稀疏的本征解析器的shift-invert模式。

慢寻找小幅度特征值

如问题中所述,可以使用ARPACK接口来查找小幅度特征值。这是通过在调用which='SM'时传递scipy.sparse.linalg.eigs来完成的。然而,正如问题所述,它很慢。这在[{3}}的SciPy教程部分中得到了证实,其中指出:

  

请注意,ARPACK通常更好地找到极值特征值:即具有大幅度的特征值。特别是,使用which = 'SM'可能会导致执行时间变慢和/或异常结果。更好的方法是使用 shift-invert模式

实验

让我们看看一些代码尝试使用sciPy的v0.9和v0.10的shift-invert。在这两种情况下,我们都将使用以下代码。

from scipy.sparse import identity
from scipy.sparse.linalg import eigs

A = identity(10, format='csc')
A.setdiag(range(1, 11))
eigs(A, 3, sigma=0) # find three eigenvalues near zero using shift-invert mode

SciPy v0.9

在SciPy v0.9中运行代码会导致异常被引发。

NotImplementedError: shifted eigenproblem not supported yet

SciPy v0.10

在SciPy 0.10中运行代码会产生预期的结果。

(array([ 1.+0.j,  2.+0.j,  3.+0.j]),
 array([[ -1.00000000e+00+0.j,   5.96300068e-17+0.j,   9.95488924e-17+0.j],
       [  3.55591776e-17+0.j,   1.00000000e+00+0.j,  -4.88997616e-16+0.j],
       [ -3.79110898e-17+0.j,   1.16635626e-16+0.j,   1.00000000e+00+0.j],
       [ -1.08397454e-17+0.j,   1.23544164e-17+0.j,   1.78854096e-15+0.j],
       [  1.68486368e-17+0.j,  -9.37965967e-18+0.j,   2.05571432e-16+0.j],
       [ -2.97859557e-19+0.j,  -3.43100887e-18+0.j,   3.35947574e-17+0.j],
       [  1.89565432e-17+0.j,  -3.61479402e-17+0.j,  -1.33021453e-17+0.j],
       [ -1.40925577e-18+0.j,   3.16953070e-18+0.j,   7.91193025e-17+0.j],
       [  6.76947854e-19+0.j,  -3.75674631e-19+0.j,   3.61821551e-17+0.j],
       [ -3.07505146e-17+0.j,  -6.52050102e-17+0.j,  -8.57423599e-16+0.j]]))