Wykładnicza macierz macierzy hamiltonowskiej


10

Niech będą rzeczywistymi, kwadratowymi, gęstymi macierzami. G i Q są symetryczne. PozwolićZA,sol,QsolQ

H.=[ZA-sol-Q-ZAT.]

być macierzą hamiltonowską. Chcę obliczyć potęgę naturalną o wykładniku macierzy . Potrzebuję wykładniczej pełnej macierzy, e t H , nie tylko iloczynu macierzowego-wektorowego. Czy dostępne są jakieś wyspecjalizowane algorytmy lub biblioteki do obliczania wykładniczej macierzy hamiltonowskiej?H.mitH.


2
Czy chcesz samej macierzy wykładniczej, czy po prostu chcesz rozwiązać ODE ? z˙=H.z
— Daniel Shapero

Potrzebuję samej wykładniczej macierzy. Lecz równoważnie można rozwiązać Ody . Z˙=H.Z, Z(0)=ja
— Max Behr

2
Eigensolwery zachowujące strukturę Bennera mogą poradzić sobie z transformacją podobieństwa w celu ułatwienia obliczania wykładniczego macierzy.
— percusse

1
@RichardZhang Brutalny sposób to rozkład QZ. Sprawdź na przykład zaczynając od link.springer.com/article/10.1007/s002110050315, aby uzyskać więcej informacji.
— percusse

2
Artykuł 19 Wątpliwe sposoby obliczania wykładniczej macierzy , 25 lat później, obejmuje wiele złych (i kilka dobrych) sposobów obliczania wykładniczej macierzy. Nie jest specyficzny dla problemów hamiltonowskich, ale mimo to jest naprawdę cenny, jeśli pracujesz nad tego rodzaju problemami.
— Daniel Shapero,

Odpowiedzi:


6

Bardzo szybka odpowiedź ...

Wykładnik macierzy hamiltonowskiej jest symplektyczny, właściwość, którą prawdopodobnie chciałbyś zachować, w przeciwnym razie po prostu użyłbyś metody nie zachowującej struktury. Rzeczywiście, nie ma rzeczywistej przewagi prędkości w stosowaniu metody strukturalnej, tylko zachowanie struktury.

Możliwy sposób rozwiązania problemu jest następujący. Pierwszy znaleźć symplektycznych matrycy tak, że H = M - 1 H K = [ - G 0 - t ] jest Hamiltona i bloku górnej trójkątny i ma wartości własnych w lewej połowie płaszczyzny. Otrzymujesz tę macierz, na przykład biorąc [ I 0 X I ] , gdzie X rozwiązuje równanie Riccati związane z HH.^=M.-1H.M.=[ZA^-sol^0-ZA^T.]ZA^[ja0Xja]XH., lub (bardziej stabilny, ponieważ jest ortogonalny) poprzez zmianę kolejności rozkładu Schura i zastosowanie sztuczki Lauba (tj. zastąpienie jednolitego współczynnika Schur [ U 11 U 12 U 21 U 22 ] przez [ U 11 - U 12 U 12 U 11 ] ). Możesz mieć problem z zrobieniem tego, jeśli Hamiltonian ma wartości własne na osi urojonej, ale to długa historia i na razie przypuszczam, że nie dzieje się tak w twoim problemie.H.[U11U12U21U22][U11-U12U12U11]

Gdy trzeba trzeba exp ( H ) = M exp ( H ), M - 1 , można obliczyć exp ( H ) = [ exp ( ) X 0 exp ( - t ) ] , gdzie X rozwiązuje pewne równania Lapunowa, uważam coś takiego X + X a TM.exp⁡(H.)=M.exp⁡(H.^)M.-1

exp⁡(H.^)=[exp⁡(ZA^)X0exp⁡(-ZA^T.)],
X (objawy mogą być uszkodzone, nakłada exp ( H ) H = H exp ( H ) i rozszerzają bloków w celu uzyskania prawidłowego równanie. Odszukaj „metodę Schur-Parletta”, aby znaleźć odniesienie do tej sztuczki).
ZA^X+XZA^T.=-exp⁡(ZA^)sol^-sol^exp⁡(-ZA^T.)
exp⁡(H.^)H.^=H.^exp⁡(H.^)

Zatem trzy czynniki są dokładnie symplektyczne. Po prostu używaj ich osobno: nie obliczaj produktu, inaczej stracisz tę właściwość liczbowo.


1
H.H.~=[ZA^-sol0-ZA^T.]XL.ZA^XL.+XL.ZA^T.=-solM.2)=[jaXL.0ja]H.^H.^^ZA^-ZAT.^

1

H.

ZAsolQH.H.H.ZAsolQZAsolQ pochodzą z integralnego równania, które wyjaśni również ich gęstą strukturę i potencjał do kompresji (w zależności od jądra).

(H.-λja)-1H.H.ZAsolQ

H.

H.H.

Wady tego podejścia:

  • ZAsolQ
  • nie korzysta ze struktury hamiltonowskiej

Zalety:

  • skompresowana reprezentacja macierzy wykładniczej, choć nadal jest to macierz, a nie tylko sposób na wykonanie MVP
  • złożoność liniowo-logarytmiczna (pod warunkiem, że istnieje założenie niskiej rangi)
  • biblioteka może skorzystać z transpozycji i symetrii w blokach
Korzystając z naszej strony potwierdzasz, że przeczytałeś(-aś) i rozumiesz nasze zasady używania plików cookie i zasady ochrony prywatności.
Licensed under cc by-sa 3.0 with attribution required.