Текст подпрограммы и версий ammhr_c.zip , ammhd_c.zip , ammhc_c.zip |
Тексты тестовых примеров tammhr_c.zip , tammhd_c.zip , tammhc_c.zip |
Умножение матрицы, обратной к заданной в компактной форме вещественной ленточной матрице A, на прямоугольную матрицу и оценка числа обусловленности матрицы A.
Для заданной в компактной форме ленточной вещественной
Для заданной в компактной форме ленточной вещественной матрицы А порядка N выполняется треугольная факторизация L- 1 А = U, где U - верхняя треугольная ленточная матрица, вычисляется величина, обратная числу обусловленности матрицы A:
RCOND = 1 / ( || A ||1 - || A-1 ||1 ) , где N || A ||1 = max { ∑ | ai j | } j=1,...N i=1
и затем для заданной вещественной прямоугольной матрицы B размера N на NN вычисляется прямоугольная матрица С = А- 1 В размера N на NN путем решения NN систем линейных алгебраических уравнений А*С (J) = В(J), где С(J) и В(J) суть J - е столбцы матриц C и B, J = 1,...,NN.
Дж.Форсайт, М.Малькольм, К.Моулер. Машинные методы математических вычислений. М.: Мир, 1980.
int ammhr_c (real *a, integer *ma, integer *n, integer *ml, integer *mu, integer *nlead, real *b, integer *mb, integer *nn, real *rcond, real *z, integer *ierr)
Параметры
a - | вещественный двумерный массив размера ma*n, в первых ml+mu+1 столбцах которого задается в компактном виде ленточная матрица A порядка n; на выходе в первых ml столбцах массива находятся нижние кодиагонали ленточной матрицы L1 *...* Ln - 1 (Li, i = 1,...,n - 1, суть элементарные матрицы исключения метода Гаусса), в следующих ml+mu+1 столбцах содержится в компактном виде матрица U; |
ma - | первая размерность массива a в вызывающей программе (тип: целый); |
n - | порядок матрицы A и число строк матриц B и C (тип: целый); |
ml - | число нижних кодиагоналей матрицы A (тип: целый); |
mu - | число верхних кодиагоналей матрицы A (тип: целый); |
nlead - | целый вектор длины n, содержащий на выходе информацию о выполненных в ходе факторизации перестановках (см. замечания по использованию); |
b - | вещественный двумерный массив размера mb*nn, в котором задается матрица B; на выходе на соответствующих местах находятся элементы матрицы C = A- 1 B; |
mb - | первая размерность массива b в вызывающей программе (тип: целый); |
nn - | число столбцов матрицы B и C (тип: целый); |
rcond - | вещественная переменная, содержащая на выходе вычисленное значение величины 1 / (|| A ||1 - || A- 1 ||1) (см. замечания по использованию); |
z - | вещественный рабочий вектор длины n; |
ierr - | целая переменная, содержащая на выходе информацию о прохождении счета, при этом: |
ierr=65 - | если хотя бы одна из переменных ma, n, mb, nn имеет значение, меньшее единицы; |
ierr=66 - | если в процессе счета произошло переполнение (это говорит о том, что либо || A ||1, либо некоторые элементы матрицы U или матрицы C превосходят по абсолютной величине максимальное представимое на данной машине число); |
ierr= -k - | если в результате факторизации в k - ой строке матрицы U диагональный элемент равен нулю (это свидетельствует о вырождености матрицы A). Если таких строк у матрицы U несколько, то значение k полагается равным номеру последней из них; |
ierr=67 - | если для некоторого j, 1 ≤ j ≤ nn, система A*C (j) = B(j) несовместна. |
Версии
ammhd_c - | умножение матрицы, обратной к заданной с удвоенной точностью в компактной форме вещественной ленточной матрице A, на вещественную прямоугольную матрицу, заданную с удвоенной точностью, и оценка числа обусловленности матрицы A; |
ammhc_c - | умножение матрицы, обратной к заданной в компактной форме комплексной ленточной матрице A, на комплексную прямоугольную матрицу и оценка числа обусловленности матрицы A. |
Вызываемые подпрограммы
afb2r_c - | подпрограмма треугольной факторизации и оценки числа обусловленности ленточной матрицы A. |
utafsi_c - | подпрограмма выдачи диагностических сообщений. |
Замечания по использованию
1. |
В подпрограмме ammhd_c массивы a, b, z и переменная rcond имеют тип double, для треугольного разложения и оценки числа обусловленности ленточной матрицы A вызывается подпрограмма afb2d_c. | |
2. |
В подпрограмме ammhc_c массивы a, b и z имеют тип complex, для треугольного разложения и оценки числа обусловленности ленточной матрицы A вызывается подпрограмма afb2c_c. | |
3. |
На выходе k - й элемент вектора nlead равен номеру строки, переставленной на k - м шаге факторизации с k - ой строкой матрицы A. Поскольку факторизация Гаусса требует n - 1 шагов, то nlead(n) = n. | |
4. |
При обращении к подпрограмме необходимо выполнение условия mb ≥ n. Кроме того, так как в результате выполненных в ходе факторизации перестановок число верхних кодиагоналей матрицы U равно mu+ml, а также в силу некоторых конструктивных особенностей подпрограммы, для правильной ее работы необходимо выполнение условия ma ≥ n > mu + 2 ml + 1. Если же mu + 2 ml + 1 ≥ n, то более целесообразно, задав матрицу A не в компактной, а в полной форме, обратиться к подпрограмме ammgr_c. | |
5. | Если вырабатывается значение переменной ierr, отличное от нуля, то выдается соответствующее диагностическое сообщение и если ierr > 0, то происходит выход из подпрограммы. |
int main(void) { /* System generated locals */ int i__1, i__2, i__3; /* Local variables */ static int ierr; static float a[25] /* was [5][5] */, b[50] /* was [5][10] */; static int i__, j, k, n, nlead[5]; static float z__[5]; extern int ammhr_c(float *, int *, int *, int *, int *, int *, float *, int *, int *, float *, float *, int *); static float rcond; static int j0, j1, ma, mb, ml, nn, mu; #define a_ref(a_1,a_2) a[(a_2)*5 + a_1 - 6] #define b_ref(a_1,a_2) b[(a_2)*5 + a_1 - 6] ma = 5; n = 5; ml = 1; mu = 1; mb = 5; nn = 10; i__1 = ma; for (i__ = 1; i__ <= i__1; ++i__) { i__2 = n; for (j = 1; j <= i__2; ++j) { a_ref(i__, j) = 0.f; b_ref(i__, j) = 0.f; b_ref(i__, j + 5) = 0.f; /* L1: */ } /* L2: */ } i__1 = ma; for (i__ = 1; i__ <= i__1; ++i__) { /* Computing max */ i__2 = 1, i__3 = i__ - ml; j0 = max(i__2,i__3); /* Computing min */ i__2 = n, i__3 = i__ + mu; j1 = min(i__2,i__3); i__2 = j1; for (j = j0; j <= i__2; ++j) { k = j - i__ + ml + 1; a_ref(i__, k) = (float) (i__ * 10 + j); b_ref(i__, j) = a_ref(i__, k); b_ref(i__, j + 5) = a_ref(i__, k); /* L3: */ } /* L4: */ } for (i__ = 1; i__ <= 5; ++i__) { printf("\n %12.4e %12.4e %12.4e %12.4e %12.4e \n", a_ref(i__, 1), a_ref(i__, 2), a_ref(i__, 3), a_ref(i__, 4), a_ref(i__, 5)); } for (i__ = 1; i__ <= 5; ++i__) { printf("\n %12.4e %12.4e %12.4e %12.4e %12.4e \n", b_ref(i__, 1), b_ref(i__, 2), b_ref(i__, 3), b_ref(i__, 4), b_ref(i__, 5)); printf("\n %12.4e %12.4e %12.4e %12.4e %12.4e \n", b_ref(i__, 6), b_ref(i__, 7), b_ref(i__, 8), b_ref(i__, 9), b_ref(i__, 10)); } ammhr_c(a, &ma, &n, &ml, &mu, nlead, b, &mb, &nn, &rcond, z__, &ierr); printf("\n %5i %5i %5i %5i %5i \n", nlead[0], nlead[1], nlead[2], nlead[3], nlead[4]); for (i__ = 1; i__ <= 5; ++i__) { printf("\n %12.4e %12.4e %12.4e %12.4e %12.4e \n", a_ref(i__, 1), a_ref(i__, 2), a_ref(i__, 3), a_ref(i__, 4), a_ref(i__, 5)); } printf("\n %5i \n", ierr); printf("\n %16.7e \n", rcond); for (i__ = 1; i__ <= 5; ++i__) { printf("\n %12.4e %12.4e %12.4e %12.4e %12.4e \n", b_ref(i__, 1), b_ref(i__, 2), b_ref(i__, 3), b_ref(i__, 4), b_ref(i__, 5)); printf("\n %12.4e %12.4e %12.4e %12.4e %12.4e \n", b_ref(i__, 6), b_ref(i__, 7), b_ref(i__, 8), b_ref(i__, 9), b_ref(i__, 10)); } return 0; } /* main */ Результаты: | 0 21.0 22.0 23.0 0 | | -0.524 32.0 33.0 34.0 0 | a_ref = | -0.015 43.0 44.0 45.0 0 | | 0.292 54.0 55.0 0 0 | | -0.228 0.569 0 0 0 | nlead = (2, 3, 4, 5, 5) , rcond = 1.47362E-03 , | 1.0 0.0 0.0 0.0 0.0 1.0 0.0 0.0 0.0 0.0 | | 0.0 1.0 0.0 0.0 0.0 0.0 1.0 0.0 0.0 0.0 | b_ref = | 0.0 0.0 1.0 0.0 0.0 0.0 0.0 1.0 0.0 0.0 | | 0.0 0.0 0.0 1.0 0.0 0.0 0.0 0.0 1.0 0.0 | | 1.0 0.0 0.0 0.0 1.0 0.0 0.0 0.0 0.0 1.0 |