Matemática flop contagem de coluna com base traseira de substituição de função ( Julia )

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Pergunta

Eu sou novo para Álgebra Linear e de aprendizagem sobre triangular sistemas implementados em Julia lang. Eu tenho um col_bs função() vou mostrar aqui o que eu preciso fazer uma matemática flop contagem de. Ele não tem que ser super técnico, isto é, para fins de aprendizagem. Eu tentei quebrar a função para baixo do interior eu loop e externo j loop. É uma contagem de cada FLOP , que eu suponho que é inútil que as constantes são normalmente descartados de qualquer maneira.

Eu também sei a resposta deve ser N^2 desde a sua inversa versão do a substituição para frente algoritmo que é N^2-flops. Eu tentei o meu melhor para derivar este N^2 contagem, mas quando eu tentei, eu acabei com um estranho Nj contagem. Vou tentar fornecer todo o trabalho que eu tenho feito! Obrigado para quem ajuda.

function col_bs(U, b)


n = length(b)
x = copy(b)

for j = n:-1:2
    if U[j,j] == 0
        error("Error: Matrix U is singular.")
    end
        x[j] = x[j]/U[j,j] 
        
        for i=1:j-1
        x[i] = x[i] - x[j] * U[i , j ]
        end
end

x[1] = x[1]/U[1,1]
 

return x
end

1: To start 2 flops for the addition and multiplication x[i] - x[j] * U[i , j ]

The $i$ loop does: $$ \sum_{i=1}^{j-1} 2$$

2: 1 flop for the division $$ x[j]  / = U[j,j] $$
3: Inside the for $j$ loop in total does: $$ 1 + \sum_{i=1}^{j-1} 2$$
4:The $j$ loop itself does:$$\sum_{j=2}^n ( 1 + \sum_{i=1}^{j-1} 2)) $$
5: Then one final flop for $$  x[1] = x[1]/U[1,1].$$

6: Finally we have 
$$\\ 1 + (\sum_{j=2}^n ( 1 + \sum_{i=1}^{j-1} 2))) .$$

Which we can now break down.

If we distribute and simplify
$$\\ 1 + (\sum_{j=2}^n + \sum_{j=2}^n \sum_{i=1}^{j-1} 2) .$$

We can look at only the significant variables and ignore constants,

$$\\
  \\ 1 + (n + n(j-1)) 
  \\ n + nj - n
  \\ nj
$$

O que então significa que se ignorarmos constantes a maior possibilidade de flops para esta fórmula seria de $n$ ( que pode ser uma dica para o que está errado com a minha função, pois deve ser de us $n^2$ assim como o resto do nosso triangular sistemas de eu acreditar)

Function picture

Proof picture 1

Proof picture 2 and conclusion

1

Melhor resposta

2

Reduzir o seu código para esta forma:

for j = n:-1:2
   ...
   for i = 1:j-1
      ... do k FLOPs
   end
end

O loop interno leva k*(j-1) - flops. O custo do loop externo é, portanto,

\sum_{j=2}^n k (j-1)

Desde que você saiba que j <= n, você sabe que esta soma é menor do que (n-1)^2 o que é suficiente para big O.

Na verdade, no entanto, você também deve ser capaz de descobrir que

\sum_{j=1}^n j = n (n+1) / 2

2021-11-16 07:23:40

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