We propose inexact subspace iteration for solving high-dimensional eigenvalue problems with low-rank structure. Inexactness stems from low-rank compression, enabling efficient representation of high-dimensional vectors in a low-rank tensor format. A primary challenge in these methods is that standard operations, such as matrix-vector products and linear combinations, increase tensor rank, necessitating rank truncation and hence approximation. We compare the proposed methods with an existing inexact Lanczos method with low-rank compression. This method constructs an approximate orthonormal Krylov basis, which is often difficult to represent accurately in low-rank tensor formats, even when the eigenvectors themselves exhibit low-rank structure. In contrast, inexact subspace iteration uses approximate eigenvectors (Ritz vectors) directly as a subspace basis, bypassing the need for an orthonormal Krylov basis. Our analysis and numerical experiments demonstrate that inexact subspace iteration is much more robust to rank-truncation errors compared to the inexact Lanczos method. We also demonstrate that rank-truncated subspace iteration can converge for problems where the DMRG method stagnates. Furthermore, the proposed subspace iteration methods do not require a Hermitian matrix, in contrast to Lanczos and DMRG, which are designed specifically for Hermitian matrices.


翻译:我们提出了一种不精确子空间迭代法,用于求解具有低秩结构的高维特征值问题。不精确性源于低秩压缩,使得高维向量能够以低秩张量格式高效表示。这类方法面临的一个主要挑战是,标准运算(如矩阵-向量乘积和线性组合)会增加张量秩,从而需要进行秩截断并引入近似。我们将所提出的方法与现有的低秩压缩不精确Lanczos方法进行了比较。后者构建近似的正交Krylov基,即使特征向量本身具有低秩结构,该基通常也难以用低秩张量格式精确表示。相比之下,不精确子空间迭代直接使用近似特征向量(Ritz向量)作为子空间基,从而避免了构建正交Krylov基的需要。我们的分析和数值实验表明,与不精确Lanczos方法相比,不精确子空间迭代对秩截断误差具有更强的鲁棒性。我们还证明了,对于DMRG方法停滞的问题,秩截断子空间迭代仍可收敛。此外,与专门针对厄米矩阵设计的Lanczos和DMRG方法不同,所提出的子空间迭代方法不要求矩阵为厄米矩阵。

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