Given a square pencil $A+ \lambda B$, where $A$ and $B$ are $n\times n$ complex (resp. real) matrices, we consider the problem of finding the singular complex (resp. real) pencil nearest to it in the Frobenius distance. This problem is known to be very difficult, and the few algorithms available in the literature can only deal efficiently with pencils of very small size. We show that the problem is equivalent to minimizing a certain objective function $f$ over the Riemannian manifold $SU(n) \times SU(n)$ (resp. $SO(n) \times SO(n)$ if the nearest real singular pencil is sought), where $SU(n)$ denotes the special unitary group (resp. $SO(n)$ denotes the special orthogonal group). This novel perspective is based on the generalized Schur form of pencils, and yields competitive numerical methods, by pairing it with { algorithms} capable of doing optimization on { Riemannian manifolds. We propose one algorithm that directly minimizes the (almost everywhere, but not everywhere, differentiable) function $f$, as well as a smoothed alternative and a third algorithm that is smooth and can also solve the problem} of finding a nearest singular pencil with a specified minimal index. We provide numerical experiments that show that the resulting methods allow us to deal with pencils of much larger size than alternative techniques, yielding candidate minimizers of comparable or better quality. In the course of our analysis, we also obtain a number of new theoretical results related to the generalized Schur form of a (regular or singular) square pencil and to the minimal index of a singular square pencil whose nullity is $1$.


翻译:给定一个方束 $A+ \lambda B$,其中 $A$ 和 $B$ 是 $n\times n$ 的复(或实)矩阵,我们考虑在 Frobenius 距离下寻找与其最近的奇异复(或实)束的问题。该问题已知非常困难,现有文献中的少数算法仅能有效处理非常小尺寸的束。我们证明该问题等价于在黎曼流形 $SU(n) \times SU(n)$(若寻找最近的实奇异束,则为 $SO(n) \times SO(n)$)上最小化某个目标函数 $f$,其中 $SU(n)$ 表示特殊酉群($SO(n)$ 表示特殊正交群)。这一新颖视角基于束的广义 Schur 形式,并利用能够进行黎曼流形优化的算法,从而产生具有竞争力的数值方法。我们提出一种算法直接最小化(几乎处处可微,但并非处处可微的)函数 $f$,以及一种平滑替代方案和第三种光滑算法,该算法还能解决寻找具有指定最小指标的最近奇异束的问题。数值实验表明,我们所提出的方法能够处理比现有技术大得多的束,并产生质量相当或更优的候选极小值。在分析过程中,我们还获得了一系列与(正则或奇异)方束的广义 Schur 形式以及零度为 1 的奇异方束的最小指标相关的新理论结果。

0
下载
关闭预览

相关内容

【ACL2020】多模态信息抽取,365页ppt
专知会员服务
151+阅读 · 2020年7月6日
FlowQA: Grasping Flow in History for Conversational Machine Comprehension
专知会员服务
34+阅读 · 2019年10月18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
学习自然语言处理路线图
专知会员服务
140+阅读 · 2019年9月24日
RL解决'BipedalWalkerHardcore-v2' (SOTA)
CreateAMind
31+阅读 · 2019年7月17日
Transferring Knowledge across Learning Processes
CreateAMind
29+阅读 · 2019年5月18日
meta learning 17年:MAML SNAIL
CreateAMind
11+阅读 · 2019年1月2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
可解释的CNN
CreateAMind
18+阅读 · 2017年10月5日
IJCAI | Cascade Dynamics Modeling with Attention-based RNN
KingsGarden
13+阅读 · 2017年7月16日
Layer Normalization原理及其TensorFlow实现
深度学习每日摘要
32+阅读 · 2017年6月17日
From Softmax to Sparsemax-ICML16(1)
KingsGarden
74+阅读 · 2016年11月26日
国家自然科学基金
1+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
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
0+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
6+阅读 · 2014年12月31日
Arxiv
16+阅读 · 2022年5月17日
Arxiv
49+阅读 · 2021年9月11日
Arxiv
18+阅读 · 2021年3月16日
Recent advances in deep learning theory
Arxiv
52+阅读 · 2020年12月20日
Arxiv
17+阅读 · 2018年4月2日
VIP会员
最新内容
超越网格:作战环境对炮兵的影响
专知会员服务
2+阅读 · 5月31日
BES:让语言模型通过双向进化搜索自我改进
专知会员服务
5+阅读 · 5月30日
以色列-美国-伊朗战争中的无人机:关键要点
专知会员服务
4+阅读 · 5月30日
《Palantir任务保障性软件安全标准(MA-S2)》
专知会员服务
17+阅读 · 5月30日
基于声学的无人机检测技术综述
专知会员服务
8+阅读 · 5月30日
《当代混合战争分析框架:俄乌战争经验教训》
相关资讯
RL解决'BipedalWalkerHardcore-v2' (SOTA)
CreateAMind
31+阅读 · 2019年7月17日
Transferring Knowledge across Learning Processes
CreateAMind
29+阅读 · 2019年5月18日
meta learning 17年:MAML SNAIL
CreateAMind
11+阅读 · 2019年1月2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
可解释的CNN
CreateAMind
18+阅读 · 2017年10月5日
IJCAI | Cascade Dynamics Modeling with Attention-based RNN
KingsGarden
13+阅读 · 2017年7月16日
Layer Normalization原理及其TensorFlow实现
深度学习每日摘要
32+阅读 · 2017年6月17日
From Softmax to Sparsemax-ICML16(1)
KingsGarden
74+阅读 · 2016年11月26日
相关基金
国家自然科学基金
1+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
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
0+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
6+阅读 · 2014年12月31日
Top
微信扫码咨询专知VIP会员