Publication

MATHICSE Technical Report : Fast computation of spectral projectors of banded matrices

Daniel Kressner, Ana Susnjara
2016
Rapport ou document de travail
Résumé

We consider the approximate computation of spectral projectors for symmetric banded matrices. While this problem has received considerable attention, especially in the context of linear scaling electronic structure methods, the presence of small relative spectral gaps challenges existing methods based on approximate sparsity. In this work, we show how a data-sparse approximation based on hierarchical matrices can be used to overcome this problem. We prove a priori bounds on the approximation error and propose a fast algo-rithm based on the QDWH algorithm, along the works by Nakatsukasa et al. Numerical experiments demonstrate that the performance of our algorithm is robust with respect to the spectral gap. A preliminary MATLAB implementation becomes faster than eig already for matrix sizes of a few thousand.

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Matrice inversible
En mathématiques et plus particulièrement en algèbre linéaire, une matrice inversible (ou régulière ou encore non singulière) est une matrice carrée A pour laquelle il existe une matrice B de même taille n avec laquelle les produits AB et BA sont égaux à la matrice identité. Dans ce cas la matrice B est unique, appelée matrice inverse de A et notée B = A. Cette définition correspond à celle d’élément inversible pour la multiplication dans l’anneau des matrices carrées associé.
Matrice diagonale
En algèbre linéaire, une matrice diagonale est une matrice carrée dont les coefficients en dehors de la diagonale principale sont nuls. Les coefficients de la diagonale peuvent être ou ne pas être nuls. Une matrice diagonale est une matrice qui correspond à la représentation d'un endomorphisme diagonalisable dans une base de vecteurs propres. La matrice d'un endomorphisme diagonalisable est semblable à une matrice diagonale. Toute matrice diagonale est symétrique, normale et triangulaire.
Matrice bande
En mathématiques, une matrice bande ou une matrice à bande est une matrice creuse dont les coefficients non nuls sont restreints à une bande diagonale, comprenant la diagonale principale et éventuellement une ou plusieurs diagonales de chaque côté. Formellement, on considère une matrice carrée A =(ai,j). Si tous les éléments de la matrice sont nuls en dehors d'une bande diagonale dont la plage est déterminée par les constantes k1 et k2 : alors les quantités k 1 et k 2 sont appelées les largeurs de bande inférieure et largeur de bande supérieure respectivement.
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