Текст подпрограммы и версий
aej3r_c.zip , aej3d_c.zip
Тексты тестовых примеров
taej3r_c.zip , taej3d_c.zip

Подпрограмма:  aej3r_c

Назначение

Вычисление собственных значений матрицы Якоби, принадлежащих данному интервалу, их номеров и соответствующих собственных векторов.

Математическое описание

Исходная матрица Якоби облaдaeт cледующим свойством: произведения пар соответствующих элементов побочных диагоналей все неотрицательны и равны нулю только, если оба сомножителя равны нулю. Это свойство используется при приведении исходной матрицы к симметрической трехдиагональной форме

                   F = V T*A*V  

(V - диагональная матрица), для которой методом бисекций вычисляются собственные значения, принадлежащие данному интервалу, и их номера. Соответственные собственные векторы матрицы F вычисляются методом обратных итераций. Связь между векторами матриц А и F осуществляется согласно соотношению: Х = V*Y.

Уилкинсон,Райнш, Справочник алгоритмов на языке АЛГОЛ. Линейная алгебра, М., "Машиностроение", 1976.

Использование

    int aej3r_c (integer *n, real *a, real *v, real *ev, real *rlb,
             real *rub, integer *mm, integer *m, integer *irab, real *rab, 
            integer *ierr)

Параметры

n - порядок исходной матрицы (тип: целый);
a - вещественный двумерный массив размера n на 3, содержащий заданную в компактной форме матрицу Якоби;
v - вещественный двумерный массив размерности n на mm, содержащий в первых m столбцах вычисленные ортонормированные собственные векторы, соответствующие m собственным значениям;
ev - вещественный вектор длины mm, содержащий вычисленные в возрастающем порядке собственные значения, принадлежащие данному интервалу;
            rlb -
            rub  
заданные нижняя и верхняя границы интервала собственных значений (тип: вещественный); если rlb > rub, то собственные значения не вычисляются;
mm - оценка сверху числа собственных значений исходной матрицы, принадлежащих данному интервалу, mm ≤ n (тип: целый); если вычисленное число m собственных значений, принадлежащих данному интервалу, больше, чем mm, то собственные значения и соответствующие собственные векторы не вычисляются;
m - целая переменная, в которой запоминается вычисленное число собственных значений, принадлежащих данному интервалу;
irab - целый вектор длины mm, содержащий индексы расположенных в возрастающем порядке m собственных значений;
rab - вещественный вектор длины 8 на n, используемый как рабочий;
ierr - целая переменная, служащая для сообщения об ошибках, обнаруженных в ходе работы подпрограммы; при этом значение ierr
  - больше n, если не все попарные произведения соответствующих элементов побочных диагоналей неотрицательны; при этом исходная матрица не симметризируется;
  - больше 2*n, если имеется равное нулю произведение соответствующих элементов побочных диагоналей, причем сомножители равны нулю неодновременно. В этом случае нет симметризации, необходимой для правильного вычисления собственных векторов;
  - равно 3*n+1, если значение mm меньше числа m вычисленных на данном интервале собственных значений, при этом собственные значения и соответствующие собственные векторы не вычисляются;
  - равно - k, если для вычисления собственного вектора с индексом k потребовалось более 5 итераций; при этом компоненты этого вектора полагаются равными нулю. Если таких собственных векторов несколько, то значение ierr полагается равным индексу последнего из них.

Версии

aej3d_c - вычисление собственных значений, принадлежащих данному интервалу, их номеров и соответствующих собственных векторов матрицы Якоби, заданной с двойной точностью. Массивы a, v, ev, rab и переменные rlb, rub имеют тип double.

Вызываемые подпрограммы

utae10_c - подпрограмма выдачи диагностических сообщений при работе подпрограмм aej3r_c и aej3d_c.

Замечания по использованию

  Подпрограмма aej3r_c сохраняет исходную матрицу A.

Пример использования

int main(void)
{
    /* Initialized data */
    static float a[15]   /* was [5][3] */ = { 0.f,1.f,1.f,1.f,1.f,0.f,0.f,0.f,
                                              0.f,0.f,1.f,1.f,1.f,1.f,0.f };
    /* Local variables */
    static int ierr, irab1[3];
    extern int aej3r_c(int *, float *, float *, float *, float *, float *,
                       int *, int *, int *, float *, int *);
    static int i__, m, n;
    static float v[15] /* was [5][3] */;
    static int mm;
    static float ev[3], rlb, rub, rab1[40];

#define a_ref(a_1,a_2) a[(a_2)*5 + a_1 - 6]
#define v_ref(a_1,a_2) v[(a_2)*5 + a_1 - 6]

    for (i__ = 1; i__ <= 5; ++i__) {
        printf("\n %16.7e %16.7e %16.7e \n",
            a_ref(i__, 1), a_ref(i__, 2), a_ref(i__, 3));
    }
    n = 5;
    mm = 3;
    rlb = -2.f;
    rub = 0.f;
    aej3r_c(&n, a, v, ev, &rlb, &rub, &mm, &m, irab1, rab1, &ierr);

    for (i__ = 1; i__ <= 5; ++i__) {
        printf("\n %16.7e %16.7e %16.7e \n",
            a_ref(i__, 1), a_ref(i__, 2), a_ref(i__, 3));
    }
    printf("\n %16.7e %16.7e %16.7e \n", ev[0], ev[1], ev[2]);
    for (i__ = 1; i__ <= 5; ++i__) {
        printf("\n %16.7e %16.7e %16.7e \n",
            v_ref(i__, 1), v_ref(i__, 2), v_ref(i__, 3));
    }
    printf("\n %5i \n", ierr);
    return 0;
} /* main */


Результаты:

Собственные значения в интервале (-2., 0.) :

      ev  =  ( -1.732050807,  -0.999999999 ) , 

Собственные векторы, соответствующие вычисленным в интервале
(-2., 0.) собственным значениям:

                   |  0.288675135 |                  | -0.499999999  |
                   | -0.499999999 |                  |  0.500000000  |
      v1    =  |  0.577350269 |      v2    =  | -3.18*1012       | , 
                   | -0.500000000 |                  | -0.499999999  |
                   |  0.288675135 |                  | -0.500000000  |

      ierr  =  0