With the recent emergence of mixed precision hardware, there has been a renewed interest in its use for solving numerical linear algebra problems fast and accurately. The solution of total least squares problems, i.e., solving $\min_{E,r} \| [E, r]\|_F$ subject to $(A+E)x=b+r$, arises in numerous applications. Solving this problem requires finding the smallest singular value and corresponding right singular vector of $[A,b]$, which is challenging when $A$ is large and sparse. An efficient algorithm for this case due to Bj\"{o}rck et al. [SIAM J. Matrix Anal. Appl. 22(2), 2000], called RQI-PCGTLS, is based on Rayleigh quotient iteration coupled with the preconditioned conjugate gradient method. We develop a mixed precision variant of this algorithm, RQI-PCGTLS-MP, in which up to three different precisions can be used. We assume that the lowest precision is used in the computation of the preconditioner, and give theoretical constraints on how this precision must be chosen to ensure stability. In contrast to standard least squares, for total least squares, the resulting constraint depends not only on the matrix $A$, but also on the right-hand side $b$. We perform a number of numerical experiments on model total least squares problems used in the literature, which demonstrate that our algorithm can attain the same accuracy as RQI-PCGTLS albeit with a potential convergence delay due to the use of low precision. Performance modeling shows that the mixed precision approach can achieve up to a $4\times$ speedup depending on the size of the matrix and the number of Rayleigh quotient iterations performed.


翻译:随着混合精度硬件的近期出现,人们重新对其在快速精确求解数值线性代数问题中的用途产生兴趣。全最小二乘问题的解,即求解 $\min_{E,r} \| [E, r]\|_F$ 满足 $(A+E)x=b+r$,在众多应用中都有涉及。求解该问题需要找出 $[A,b]$ 的最小奇异值及对应的右奇异向量,当 $A$ 大且稀疏时,这颇具挑战性。Björck 等人 [SIAM J. Matrix Anal. Appl. 22(2), 2000] 针对此情况提出了一种高效算法,称为 RQI-PCGTLS,该算法基于瑞利商迭代与预处理共轭梯度法相结合。我们开发了该算法的混合精度变体 RQI-PCGTLS-MP,其中可使用多达三种不同精度。我们假设最低精度用于预处理器的计算,并给出了为保证稳定性必须如何选择该精度的理论约束。与标准最小二乘不同,对于全最小二乘,所得约束不仅取决于矩阵 $A$,还取决于右侧向量 $b$。我们在文献中使用的模型全最小二乘问题上进行了多项数值实验,结果表明,尽管由于使用低精度可能导致潜在的收敛延迟,我们的算法可达到与 RQI-PCGTLS 相同的精度。性能建模显示,根据矩阵大小和执行的瑞利商迭代次数,混合精度方法可实现高达 $4\times$ 的加速。

0
下载
关闭预览

相关内容

FlowQA: Grasping Flow in History for Conversational Machine Comprehension
专知会员服务
34+阅读 · 2019年10月18日
Stabilizing Transformers for Reinforcement Learning
专知会员服务
60+阅读 · 2019年10月17日
《DeepGCNs: Making GCNs Go as Deep as CNNs》
专知会员服务
32+阅读 · 2019年10月17日
Keras François Chollet 《Deep Learning with Python 》, 386页pdf
专知会员服务
164+阅读 · 2019年10月12日
【SIGGRAPH2019】TensorFlow 2.0深度学习计算机图形学应用
专知会员服务
41+阅读 · 2019年10月9日
Hierarchically Structured Meta-learning
CreateAMind
27+阅读 · 2019年5月22日
Transferring Knowledge across Learning Processes
CreateAMind
29+阅读 · 2019年5月18日
强化学习的Unsupervised Meta-Learning
CreateAMind
18+阅读 · 2019年1月7日
Unsupervised Learning via Meta-Learning
CreateAMind
44+阅读 · 2019年1月3日
A Technical Overview of AI & ML in 2018 & Trends for 2019
待字闺中
18+阅读 · 2018年12月24日
disentangled-representation-papers
CreateAMind
26+阅读 · 2018年9月12日
STRCF for Visual Object Tracking
统计学习与视觉计算组
15+阅读 · 2018年5月29日
Hierarchical Imitation - Reinforcement Learning
CreateAMind
19+阅读 · 2018年5月25日
Focal Loss for Dense Object Detection
统计学习与视觉计算组
12+阅读 · 2018年3月15日
IJCAI | Cascade Dynamics Modeling with Attention-based RNN
KingsGarden
13+阅读 · 2017年7月16日
国家自然科学基金
2+阅读 · 2017年12月31日
国家自然科学基金
13+阅读 · 2017年12月31日
国家自然科学基金
2+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
2+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
2+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2014年12月31日
Arxiv
0+阅读 · 2023年10月26日
On Single Index Models beyond Gaussian Data
Arxiv
0+阅读 · 2023年10月25日
Arxiv
0+阅读 · 2023年10月24日
Arxiv
11+阅读 · 2019年4月15日
Learning Implicit Fields for Generative Shape Modeling
Arxiv
11+阅读 · 2018年12月6日
VIP会员
最新内容
《通过小型无人机系统将情报能力“作战化”》
专知会员服务
3+阅读 · 今天7:28
消耗优势:美军的“精确规模化”概念
专知会员服务
7+阅读 · 6月15日
《离线语言支持系统:面向空战战术决策》
专知会员服务
8+阅读 · 6月15日
相关资讯
Hierarchically Structured Meta-learning
CreateAMind
27+阅读 · 2019年5月22日
Transferring Knowledge across Learning Processes
CreateAMind
29+阅读 · 2019年5月18日
强化学习的Unsupervised Meta-Learning
CreateAMind
18+阅读 · 2019年1月7日
Unsupervised Learning via Meta-Learning
CreateAMind
44+阅读 · 2019年1月3日
A Technical Overview of AI & ML in 2018 & Trends for 2019
待字闺中
18+阅读 · 2018年12月24日
disentangled-representation-papers
CreateAMind
26+阅读 · 2018年9月12日
STRCF for Visual Object Tracking
统计学习与视觉计算组
15+阅读 · 2018年5月29日
Hierarchical Imitation - Reinforcement Learning
CreateAMind
19+阅读 · 2018年5月25日
Focal Loss for Dense Object Detection
统计学习与视觉计算组
12+阅读 · 2018年3月15日
IJCAI | Cascade Dynamics Modeling with Attention-based RNN
KingsGarden
13+阅读 · 2017年7月16日
相关基金
国家自然科学基金
2+阅读 · 2017年12月31日
国家自然科学基金
13+阅读 · 2017年12月31日
国家自然科学基金
2+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
2+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
2+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2014年12月31日
Top
微信扫码咨询专知VIP会员