Текст подпрограммы и версий ( Фортран )
ash4r.zip , ash4d.zip
Тексты тестовых примеров ( Фортран )
tash4r.zip , tash4d.zip
Текст подпрограммы и версий ( Си )
ash4r_c.zip , ash4d_c.zip
Тексты тестовых примеров ( Си )
tash4r_c.zip , tash4d_c.zip
Текст подпрограммы и версий ( Паскаль )
ash4r_p.zip , ash4e_p.zip
Тексты тестовых примеров ( Паскаль )
tash4r_p.zip , tash4e_p.zip

Подпрограмма:  ASH4R

Назначение

Решение разреженной линейной системы с симметричной положительно определенной матрицей, заданной своим треугольным разложением в формате RR (U) О.

Математическое описание

Описание формата RR (U) U приведено в описании подпрограммы АМ21R . Формат RR (U) О совпадает с форматом RR (U) U за тем исключением, что в нем элементы каждой строки матрицы упорядочены, т.е. расположены в порядке возрастания номеров столбцов.

Пусть дана система линейных алгебраических уравнений АХ = b, где А - симметричная положительно определенная разреженная матрица. Пусть, кроме того, матрица А предварительно приведена подпрограммой AFH7R к виду A = UTDU, где U - верхняя треугольная матрица с единичными диагональными элементами, представленная в формате RR (U) О, а D - диагональная матрица. Иными словами, предполагается, что известно упорядоченное строчное треугольное разложение матрицы А системы в формате RR (U) О. Требуется найти решение системы Ах = UTDUх = b, т.е. выполнить прямой ход и обратную подстановку.

Полагая  z = DUx,  w = Ux, получаем следующие три линейные системы:

               UTz  =  b
               Dw  =  z
               Ux  =  w 

Решения этих систем находим последовательно: вначале  z, затем  w и, наконец,  x. Поскольку матрицы U и UT треугольные, а матрица D диагональная, то векторы  z,  w и  x вычисляются при помощи несложного алгоритма. Рассмотрим этот алгоритм на примере следующей системы:

   |  1   0   0  |     |  a   0   0  |     |  1    d   e  |     |  x1  |          |  b1  |
   |  d   1   0  |     |  0   b   0  |     |  0    1   f  |     |  x2  |    =    |  b2  | 
   |  e   f    1  |     |  0   0   c  |     |  0    0   1  |     |  x3  |          |  b3  |

В этом примере система UTz = b имеет вид:

   |  1   0   0  |     |  z1  |          |  b1  |
   |  d   1   0  |     |  z2  |    =    |  b2  | 
   |  e   f    1  |     |  z3  |          |  b3  | 

Последовательной подстановкой получаем

               z1  =  b1
               z2  =  b2 - d z1
               z3  =  b3 - e z1 - f z2

Вторая система  Dw = z имеет вид: 

   |  a   0   0  |     |  w1  |          |  z1  |
   |  0   b   0  |     |  w2  |    =    |  z2  | 
   |  0   0   c  |     |  w3  |          |  z3  | 

Отсюда имеем:

               w1  =  z1 / a
               w2  =  z2 / b
               w3  =  z3 / c 

Так как в памяти машины треугольное разложение хранится таким образом, что вместо D известна сразу же обратная матрица D- 1 (см. подпрограмму AFH7R ), то вместо делений при определении  wi ( i = 1, 2, 3) следует использовать более быстрые операции умножения. Наконец, решение последней системы

   |  1   d   e  |     |  x1  |          |  w1  |
   |  0   1   f   |     |  x2  |    =    |  w2  | 
   |  0   0   1  |     |  x3  |          |  w3  | 

вычисляется обратной подстановкой 

               x3  =  w3
               x2  =  w2 - f x3
               x1  =  w1 - d x2 - e x3 

С.Писсанецки. Технология разреженных матриц. - М.: Мир, 1998

Использование

    SUBROUTINE  ASH4R ( IU, JU, UN, DI, N, B, X) 

Параметры

     IU, JU -
      UN  
заданные портрет и ненулевые элементы верхней треугольной матрицы U с единичной диагональю в формате RR (U) O;
DI - вещественный одномерный массив длины N, содержащий элементы матрицы, обратной к диагональной матрице D;
N - заданный порядок системы (тип: целый);
B - вещественный одномерный массив длины N, содержащий компоненты вектора правой части системы;
X - вещественный одномерный массив длины N, содержащий вычисленные компоненты вектора решения системы

Версии

ASH4D - решение разреженной линейной системы с симметричной положительно определенной матрицей, заданной своим треугольным разложением в формате RR (U) O, в режиме удвоенной точности; при этом параметры UN, DI, B и X должны иметь тип DOUBLE PRECISION.

Вызываемые подпрограммы: нет

Замечания по использованию: нет

Пример использования

      DIMENSION  IU(6), JU(4), UN(4), DI(5), B(5), X(5)
      DATA  IU /1, 2, 3, 4, 5, 5/
      DATA  JU /5, 5, 5, 5/
      DATA  UN /0.125, 0.8, 0.666667, 2./
      DATA  DI /0.0625, 1.6, 0.3333333, 2., 60./
      DATA  B /- 4., - 4., 7., 3., 7./
      N = 5
      CALL  ASH4R (IU, JU, UN, DI, N, B, X)

Результаты:  X = (- 0.499996, - 7.99998, 1.00002, 2.00006, 1.99997)