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2012 Fiscal Year Research-status Report

正値性をもつ数値計算法による相対誤差への挑戦

Research Project

Project/Area Number 23654032
Research InstitutionKyoto University

Principal Investigator

中村 佳正  京都大学, 情報学研究科, 教授 (50172458)

Keywords特異値計算 / 相対誤差 / 可積分アルゴリズム / 離散可積分系 / 計算数学
Research Abstract

変数の正値性が保証された上2重対角行列の特異値計算法に、Rutishauser-Fernando-Parlettによるdqd法、dqds法、岩崎と研究代表者等によるdLV法、mdLVs法がある。dLV法、mdLVs法によって計算された特異値は一般にdqd法、dqds法による特異値よりも高い相対精度。本研究は、dLV法とmdLVs法研究を出発点に、正値性をもつ数値計算法のクラスを一気に広げ、高い相対精度が保証された数値計算法を実現することを目的とする。平成23年度は、研究代表者の指導学生である永田宗寛氏の協力のもとで以下の成果をあげることができた。
まず、dLV法の漸化式について、前進後退の混合誤差解析と前進誤差解析を行い、計算された特異値に含まれる誤差の見積もりを行い、これら誤差解析の意味での安定性を示した。次に、dLV法の漸化式に含まれる任意パラメータδについての無限大極限を導入して、定義された漸化式をdLV∞変換と名付けた。 dLV∞変換は代数的にはLR変換に一致することから、1反復の計算量はdLV法よりは少なく、dqd法と同程度である。dLV∞変換は浮動小数点数上の計算についての数値安定性をもち、変数の正値性が保たれ、反復計算のもとで特異値に収束することが証明された。さらに、数値実験によって、計算された特異値はdLV法に匹敵する高い相対精度をもつことが検証された。この結果、dLV法の高い相対精度とdqd法の高速性を併せ持つ、新しい特異値計算法が定式化された。
また、正値性と高い相対精度をもつハングリーdLV型変換について、研究協力者の福田亜希子氏、山本有作氏、岩崎雅史氏、石渡恵美子氏等との共同研究を行って、変換の相互関係の解明や原点シフトの導入に関して多数の成果を得ることができた。

Current Status of Research Progress
Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

変数の正値性が保証された漸化式計算によって高い相対精度をもつ計算アルゴリズムを開発するという研究代表者のビジョンに沿って、dLV法の高い相対精度とdqd法の高速性を併せ持つ、新しい特異値計算法が定式化されたため。

Strategy for Future Research Activity

多くの離散可積分系は、適切な変数の選択により、超離散極限をとることができる減算のない正値形式に変形できることがわかっている。また、計算アルゴリズムの漸化式のあるものは離散可積分系とみなせることも知られている。減算のない漸化式では桁落ちが起きにくく、丸め誤差程度の誤差を含むものの、高い相対精度をもつ数値解が得られる。そこで、離散可積分系に基づいて定式化された計算アルゴリズムは高い相対精度をもつことが期待される。このビジョンに基づいて、さらに研究を推進する。

Expenditure Plans for the Next FY Research Funding

dLV∞変換については数値実験を含む基礎研究、とりわけ、高い相対性を保ったまま高速化することで、実用的な計算アルゴリズムの開発を推進する。ハングリーdLV型変換については、研究成果の公開に力を注ぐ。このため、設備備品、研究打合せ旅費、学会発表旅費、謝金を中心に研究費を使用したい。

  • Research Products

    (12 results)

All 2013 2012

All Journal Article (6 results) (of which Peer Reviewed: 3 results) Presentation (6 results) (of which Invited: 1 results)

  • [Journal Article] An application of centre manifold theory to the qd-type discrete Lotka-Volterra system2013

    • Author(s)
      You Takahashi, Masashi Iwasaki, Akiko Fukuda, Emiko Ishiwata, Yoshimasa Nakamura
    • Journal Title

      Applicable Analysis

      Volume: 92 Pages: 586-594

  • [Journal Article] On a shifted LR transformation derived from the discrete hungry Toda equation2013

    • Author(s)
      Akiko Fukuda, Yusaku Yamamoto, Masashi Iwasaki, Emiko Ishiwata and Yoshimasa Nakamura
    • Journal Title

      Monatshefte fur Mathematik

      Volume: 170 Pages: 11-26

  • [Journal Article] Accurate similarity transformation derived from the discrete Lotka-Volterra system for bidiagonal singular values2013

    • Author(s)
      Munehiro Nagata, Masashi Iwasaki and Yoshimasa Nakamura
    • Journal Title

      Journal Calcolo

      Volume: 53 Pages: -

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] ハングリー型の離散可積分系と非対称行列の固有値計算2013

    • Author(s)
      福田亜希子, 岩崎雅史, 山本有作, 石渡恵美子, 中村佳正
    • Journal Title

      日本応用数理学会論文誌

      Volume: 23 Pages: 109 - 181

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Error analysis of the mdLVs algorithm for computing bidiagonal singular values2012

    • Author(s)
      Munehiro Nagata, Masashi Iwasaki and Yoshimasa Nakamura
    • Journal Title

      Numerical Algorithms

      Volume: 61 Pages: 261-274

    • DOI

      10.1007/s11075-012-9607-5

  • [Journal Article] Error analysis for matrix eigenvalue algorithm based on the discrete hungry Toda equation2012

    • Author(s)
      Akiko Fukuda, Yusaku Yamamoto, Masashi Iwasaki, Emiko Ishiwata and Yoshimasa Nakamura
    • Journal Title

      Numerical Algorithms

      Volume: 61 Pages: 243--260

    • DOI

      10.1007/s11075-012-9606-6

    • Peer Reviewed
  • [Presentation] Aspects of integrable numerical algorithms2013

    • Author(s)
      Yoshimasa Nakamura
    • Organizer
      Integrable Algorithms: New Frontiers in Numarical Analysis
    • Place of Presentation
      Leeds University, the United Kingdom
    • Year and Date
      20130315-20130316
    • Invited
  • [Presentation] 重複固有値をもつ3重対角行列が定めるqd変数の漸近挙動について2013

    • Author(s)
      赤岩香苗,近藤弘一,岩﨑雅史,中村佳正
    • Organizer
      応用数理学会研究部会連合発表会
    • Place of Presentation
      東洋大学
    • Year and Date
      20130314-20130315
  • [Presentation] mdLVsアルゴリズムに関する数値安定性と計算量の改良2013

    • Author(s)
      永田宗寛, 岩崎雅史, 木村欣司, 中村佳正
    • Organizer
      応用数理学会研究部会連合発表会
    • Place of Presentation
      東洋大学
    • Year and Date
      20130314-15
  • [Presentation] totally nonnegative 行列の 最小固有値の下界について2012

    • Author(s)
      山下巧, 木村欣司, 中村佳正
    • Organizer
      日本応用数理学会年会
    • Place of Presentation
      稚内全日空ホテル
    • Year and Date
      20120829-20120831
  • [Presentation] A tridiagonalization for nonsymmetric complex matrix in terms of the finite discrete Toda equation2012

    • Author(s)
      Kanae Akaiwa, Koichi Kondo, Masashi Iwasaki, Yoshimasa Nakamura
    • Organizer
      International Congress on Computational and Applied Mathematics (ICCAM2012)
    • Place of Presentation
      Ghent University, Belgium
    • Year and Date
      20120709-20120712
  • [Presentation] Integrable discrete hungry systems and their related eigenvalue algorithms2012

    • Author(s)
      Yoshimasa Nakamura, Akiko Fukuda, Yusaku Yamamoto, Masashi Iwasaki and Emiko Ishiwata
    • Organizer
      Symmetries and Integrability of Difference Equations (SIDE 10)
    • Place of Presentation
      Yin Feng Holiday Resort, Xikou, Ningbo, China
    • Year and Date
      20120610-16

URL: 

Published: 2014-07-24  

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