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Forum "Numerik linearer Gleichungssysteme" - Cholesky-Zerlegung
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Cholesky-Zerlegung: Aufwand
Status: (Frage) beantwortet Status 
Datum: 20:48 Di 19.09.2006
Autor: Bastiane

Hallo zusammen!

Kurze Frage: kann mir jemand den Aufwand der Cholesky-Zerlegung nennen? Ich weiß, dass der Gauß-Algorithmus Aufwand [mm] O(n^3) [/mm] hat, demnach müsste es bei der Cholesky-Zerlegung ja wohl weniger sein, warum sollte man es sonst machen? (Ja, ich weiß, Cholesky geht nur bei spd Matrizen ;-))

Viele Grüße
Bastiane
[cap]


        
Bezug
Cholesky-Zerlegung: Antwort
Status: (Antwort) fertig Status 
Datum: 20:57 Di 19.09.2006
Autor: EvenSteven

Hiho
Das wären dann

[mm] $\sim \bruch{1}{6}n^{3}$ [/mm] Divisionen/Multiplikationen und n Quadratwurzeln.

Gruss

EvenSteven

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Cholesky-Zerlegung: Frage (beantwortet)
Status: (Frage) beantwortet Status 
Datum: 22:19 Di 19.09.2006
Autor: Bastiane

Hallo EvenSteven!

>  Das wären dann
>
> [mm]\sim \bruch{1}{6}n^{3}[/mm] Divisionen/Multiplikationen und n
> Quadratwurzeln.

Bist du sicher? Denn das wären doch jetzt auch [mm] O(n^3) [/mm] Operationen und demnach nicht wirklich weniger als beim Gauß-Algorithmus!? [kopfkratz3] Oder könnte mir jemand sagen, warum es sonst bei spd-Matrizen günstiger ist, das Cholesky-Verfahren zu nehmen?

viele Grüße und danke für die Antwort
Bastiane
[cap]


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Bezug
Cholesky-Zerlegung: Antwort
Status: (Antwort) fertig Status 
Datum: 22:46 Di 19.09.2006
Autor: Karl_Pech

Hallo Bastiane!


> Bist du sicher? Denn das wären doch jetzt auch [mm]O(n^3)[/mm]
> Operationen und demnach nicht wirklich weniger als beim
> Gauß-Algorithmus!? [kopfkratz3] Oder könnte mir jemand
> sagen, warum es sonst bei spd-Matrizen günstiger ist, das
> Cholesky-Verfahren zu nehmen?


Im Knorrenschild sind die genauen Werte angegeben:


Der Aufwand für das Berechnen der [mm]LR\texttt{-Zerlegung}[/mm] mit dem Gauß-Algorithmus beträgt [mm]\tfrac{1}{3}n^3 - \tfrac{1}{3}n[/mm] Punktoperationen, und der für die Cholesky-Zerlegung benötigt [mm]\tfrac{1}{6}n^3 + \tfrac{1}{2}n^2 - \tfrac{2}{3}n[/mm] Punktoperationen und [mm]n[/mm] Wurzelberechnungen.


Na ja, und jetzt vereinfache folgende Ungleichung soweit wie möglich:


[mm]\frac{n^3}{3} - \frac{n}{3} > \frac{n^3}{6} + \frac{n^2}{2} - \frac{2}{3}n + n[/mm]


Also ich glaube schon, daß die Cholesky-Zerlegung für sym.pos.d._Matrizen schneller zu berechnen ist, oder?



Viele Grüße
Karl





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Cholesky-Zerlegung: Frage (beantwortet)
Status: (Frage) beantwortet Status 
Datum: 23:22 Di 19.09.2006
Autor: Bastiane

Hallo Karl!

> Im Knorrenschild sind die genauen Werte angegeben:

Knorrenschild? Hab' ich ja noch nie gehört... [kopfkratz]

> Der Aufwand für das Berechnen der [mm]LR\texttt{-Zerlegung}[/mm] mit
> dem Gauß-Algorithmus beträgt [mm]\tfrac{1}{3}n^3 - \tfrac{1}{3}n[/mm]
> Punktoperationen, und der für die Cholesky-Zerlegung
> benötigt [mm]\tfrac{1}{6}n^3 + \tfrac{1}{2}n^2 - \tfrac{2}{3}n[/mm]
> Punktoperationen und [mm]n[/mm] Wurzelberechnungen.
>  
>
> Na ja, und jetzt vereinfache folgende Ungleichung soweit
> wie möglich:
>  
>
> [mm]\frac{n^3}{3} - \frac{n}{3} > \frac{n^3}{6} + \frac{n^2}{2} - \frac{2}{3}n + n[/mm]

Irgendwie weiß ich gerade nicht, wie weit ich das vereinfachen soll - ich komme bis zu:
[mm] $\bruch{n^3}{6}+\bruch{n}{3}>\bruch{n^2}{2}+n$ [/mm] falls ich mich da nicht sogar verrechnet habe... Aber was hilft mir das jetzt? Oder meinst du, dass halt quasi [mm] \bruch{1}{3}n^3 [/mm] und [mm] \bruch{1}{6}n^3 [/mm] den Unterschied groß genug machen, als dass es sich lohnt?

> Also ich glaube schon, daß die Cholesky-Zerlegung für
> sym.pos.d._Matrizen schneller zu berechnen ist, oder?

Also erzähle ich dann in der Prüfung, dass sowohl der Gauß-Algorithmus als auch das Cholesky-Verfahren Aufwand [mm] O(n^3) [/mm] haben... Find ich trotzdem irgendwie komisch... Aber Numerik ist halt nicht so mein Ding. ;-)

Viele Grüße
Bastiane
[cap]


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Cholesky-Zerlegung: Antwort
Status: (Antwort) fertig Status 
Datum: 23:25 Di 19.09.2006
Autor: Mathematiker84

Hi Bastiane,

na klar, [mm] 2*1/6*n^{3} [/mm] = [mm] 1/3*n^{3}. [/mm] Das ist die Hälfte.

Schönen Gruß
MM

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Cholesky-Zerlegung: Antwort
Status: (Antwort) fertig Status 
Datum: 23:23 Di 19.09.2006
Autor: Mathematiker84

[mm] 1/6*n^{3} [/mm] stimmt. Das habe ich auch bei meinen Unterlagen stehen.
Habe ausserdem notiert, dass der Aufwand im Vergleich zu Gauß halb soviel sein soll.
Begründung: Man nutzt die Symmetrie aus und muss somit nur noch eine Hälfte der Matrix berechnen. Die Cholesky-Zerlegung lautet ja A=L'*L'^{T}, wobei [mm] L':=L*D^{1/2} [/mm]
Man berechnet also gar nicht mehr R wie bei der LR-Zerlegung, sondern nur noch L. Wie aber genau das funktioniert weiß ich auch nicht und würde mich auch interessieren. Vielleicht weiß da jemand ja mehr drüber.
Ein weiterer Vorteil bei Cholesky ist eben, dass man für s.p.d. Matrizen keine Pivotisierung braucht.

Schönen Gruß
MM

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Cholesky-Zerlegung: Mitteilung
Status: (Mitteilung) Reaktion unnötig Status 
Datum: 23:48 Di 19.09.2006
Autor: Bastiane

Hey, MM!

Danke für die kurze Erklärung. Hätte ich auch eigentlich selber drauf kommen können.
Nur noch kurz - will gleich schnell ins Bett ;-) - ich glaub', ich kann dir sagen, wie man das mit der Cholesky-Zerlegung gemacht. War jedenfalls gestern noch der Meinung, es verstanden zu haben, und habe auch einen Algorithmus dazu. Hoffe, dass ich morgen Zeit haben werde, es hier zu posten. :-)

Viele Grüße und [gutenacht]
Bastiane
[cap]


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