Ax b - - PowerPoint PPT Presentation

ax b
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Ax b - - PowerPoint PPT Presentation

Ax b


slide-1
SLIDE 1
  • Ax ≈ b
slide-2
SLIDE 2
  • !
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  • *
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SLIDE 3
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SLIDE 4
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SLIDE 5
  • A#!
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Ax ≈ b, A ∈ Rn×m, b ∈ Rn,

+ 1+ //! b = ∅ + ATb = ∅ 7 +& ! + 1#+0 " 1# /#9 )3! ! ≈ = =&#! !!/# ! 6 +
  • 3 b
  • 3 %!
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slide-6
SLIDE 6
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  • B%5

r ≡ rank(A) ≤ min {m, n}, m n

+ 1&!: +# 4C

b ∈ R(A)

  • !+#
3 !
  • b ∈ R(A)
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slide-7
SLIDE 7
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  • A#
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  • !/# %
  • ATAx = ATb,
  • 5 ATA
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A AT ∅ −g x

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  • ,
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E
slide-8
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r

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/ +# (UrUT

r ) b ∈ R(A)

//!
  • !+#
3 !

Ax = UrUT

r b.

A#! /# 44

Σry = UT

r b,

  • y = V T

r x,

+ 1&!:

x = Vry ∈ R(AT), x ⊥ N(A),

" x
  • H
slide-9
SLIDE 9
  • (
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slide-10
SLIDE 10
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b

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b

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UrUT

r b,

+#

g = Ax − b = UrUT

r b − b = (UrUT r − I) b.

  • +
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  • +
  • 3 b
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  • ! A
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  • b
  • A
slide-11
SLIDE 11
  • .
" (
  • J/!
! E
  • g
  • :

A + E ∼ A,

  • b + g ∼ b,
[b + g| A + E] "
  • !+#
3 ! 3

∃ x ∈ Rm

  • :

(A + E) x = b + g.

  • x
" 1# + ' #% +
  • 2!&#%
+ !4 Ax ≈ b
  • !34
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  • 3+
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  • !4
+ 4 [g|E] =/
  • 3+4
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slide-12
SLIDE 12 <
  • 3+
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  • b
7+ 4 4
  • +
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  • =4
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Ax = b + g,

min

g,x g,

  • !
64"! ! A 7! 9 b %4" %3 3 → #!"

(A + E) x = b, min

E,x EF,

  • !
64"! ! A
  • b →
$!"

(A + E) x = b + g, min

g,E,x [g|E]F.

slide-13
SLIDE 13
  • %
+
  • (
  • K
/ ; !4 "$!" 7) ,()9 + !4 "

(A + E) x = b + g, min

g,E,x [gγ|E]F,

  • /
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  • %
  • </
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(A + ˆ

E) xγ = bγ + ˆ g,

min

ˆ

g, ˆ E,x

[ˆ g| ˆ E]F,

ˆ

E ≡ E

ˆ

g ≡ gγ

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slide-14
SLIDE 14 = "! B%! +# /4"# # =%35

γ = 1

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γ → 0

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x

0( → x (, 0(

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γ → ∞

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x

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  • +
γ → 0, 1, ∞ " 1#!
  • +
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slide-15
SLIDE 15 4%/ ; !4 ),() + !4

(A + ˆ

E) xγ = bγ + ˜ g,

min

ˆ

g, ˆ E,x

[ˆ g, ˜ E]F,

4!:L4" %#:
  • ),()
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  • γ
"
  • ,()
+ ! "%: 1# "

xγ = x(γ) γ.

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slide-16
SLIDE 16
  • /
&' 0. 1
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  • ! A
[b|A] !"# + 4+
  • r ≡ rank(A) = m,

q ≡ rank([b|A]) = m + 1,

3 +# m < n b ∈ R(A) 3 ! "
  • !+#
,() + ! = = " +
  • !#3
+ 1; !4

⎡ ⎢ ⎣ b + g

A + E

⎤ ⎥ ⎦ −1

x

  • =

⎧ ⎪ ⎨ ⎪ ⎩ [b|A] + [g|E] ⎫ ⎪ ⎬ ⎪ ⎭ −1

x

  • = ∅,
+ 1&!: ! {[b|A]+[g|E]} !/ + 4+
  • ""#!
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  • 44
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  • !+
4 D
slide-17
SLIDE 17
  • /
"2.3
  • '
" 4. 5 F %G

A ∈ Rn×m, r = rank(A) ≤ min{n, m},

+ 4/ # = ! A "

A = UΣV T,

+ 1&!:

U−1 = UT ∈ Rn×n, V −1 = V T ∈ Rm×m,

Σ =

  • Σr

∅ ∅ ∅

  • ∈ Rn×m,

Σr = diag(σ1, . . . , σr) ∈ Rr×r,

σ1 ≥ σ2 ≥ . . . ≥ σr > 0.

E
slide-18
SLIDE 18 *=&!

U ≡ [Ur|Un−r], Ur ≡ [u1, . . . , ur], V ≡ [Vr|Vm−r], Vr ≡ [v1, . . . , vr],

!':! +/

A = UΣV T = UrΣrV T

r

=

r

  • i=1

uiσivT

i .

/ =&!

Ai ≡ uiσivT

i

∈ Rn×m,

3

A =

r

  • i=1

Ai.

H
slide-19
SLIDE 19 #

rank(Ai) = 1,

AiF = σi, i = 1, . . . , r,

+ 4+
  • !

A1F ≥ A2F ≥ . . . ≥ ArF > 0

" 4 # ) '
  • # AkAT

l = ∅

+ k = l
  • +
  • rank(A) = rank

⎛ ⎝

r

  • i=1

Ai

⎞ ⎠ =

r

  • i=1

rank(Ai).

I
slide-20
SLIDE 20
  • /
&' 0. 1
  • 4(
35 %3 ,() 3 1#! + ! # ) F %G 3

[b|A] = UqΣqV T

q ,

rank([b|A]) = q = m + 1.

F"!# + 4 [g|E] :4"# # %
  • ! [b|A]
"

[g|E] ≡ −uqσqvT

q ,

  • G

[g|E]F = σq = min{σi([b|A])}

  • :# #
  • "/4
! " vq = (ν1, . . . , νm+1)T = (ν1, wT)T
  • =
+ 1+ 4 ν1 = 0 +#

−1

x

  • ≡ − 1

ν1 vq

  • x ≡ − 1

ν1 w = −

  • ν2

ν1 , ν3 ν1 , . . . , νm+1 ν1

T

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slide-21
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vs+1 = (ν1, wT)T

ν1 = 0
  • %
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x ≡ − 1 ν1 w

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  • !0
slide-22
SLIDE 22
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(A + E) x = b + g, min

g,E,x [g|E]F

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slide-23
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  • σr ≡ σmin(A) > σmin([b|A]) ≡ σq.
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  • Ax ≈ b
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slide-24
SLIDE 24
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x1 x2

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[g|E] =

  • θ−1
  • x =

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  • .
  • 4 θ → +∞
+

[g|E] F → 0

  • x → +∞.
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slide-25
SLIDE 25
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F %G Ax ≈ b b = ∅ " +
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  • [b|A] =

q

  • i=1

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i ,

σ1 ≥ σ2 ≥ . . . ≥ σs > σs+1 = . . . = σq > 0.

" 4/ # = ! [b|A] 4%
  • 4

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1 [vs+1, . . . , vq] = ∅,

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  • M(
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slide-26
SLIDE 26 1+ /"! : 24"
  • t
  • :
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σ1 ≥ . . . ≥ σt > σt+1 ≥ . . . ≥ σq, eT

1 vt = 0,

eT

1 [vt+1, . . . , vq] = ∅.

)4/ # = =0#!

[b|A] =

t

  • i=1

uiσivT

i

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q

  • i=t+1

uiσivT

i

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[g|E] ≡ −utσtvT

t ,

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  • ,

x ≡ − 1 ν1 w.

D
slide-27
SLIDE 27
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  • +
  • !#4

(A + E) x = b + g, min

g,E,x [g|E] F

∧ [g|E] [vt+1, . . . , vq] = ∅.

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  • +
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  • !0
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x ≡ − 1 ν1 w

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slide-28
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slide-29
SLIDE 29
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  • P T AQ

QTx

  • P Tb
  • ≡ ˜

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x

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  • ,
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P T[b|AQ] = [˜ b| ˜ A] =

  • b1

A11 ∅ ∅ ∅ A22

  • .
I
slide-30
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  • +
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  • +
! A11x1 ≈ b1
  • 1#!
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  • M(
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  • =
  • :
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  • +
! A22x2 ≈ ∅
  • !/
=1"!0 " !34+ 1#

x2 = ∅

:
  • +
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x = Q˜ x = Q

  • x1

x2

  • = Q

x1

  • .
  • 2
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  • %
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slide-31
SLIDE 31
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" 4.
  • = 5
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  • /0
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F %G

A = UΣV T

P −1 = P T Q−1 = QT
  • +
+#

ˆ

A ≡ P TAQ = ˆ UΣ ˆ V T,

  • ˆ

U = P TU,

ˆ

V = QTV.

: 4/ # % &#
  • /#
! " " #! !: 4/ # % &# " % '

UΣV T = A =

  • A11

∅ ∅ A22

  • =
  • U11Σ1V T

11

∅ ∅ U22Σ2V T

22

  • ,

{σi(A)} = {σj(A11)} ∪ {σk(A22)}.

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slide-32
SLIDE 32
  • 9
"
  • (
.
  • 4(
35 1+4G! :

σq = σmin(A22) < σmin([b1|A11]),

3

σr = σq ∈ {σi(A22)}, uq

vq
  • +
#"# # 4/ #
  • 3
= =4 4 A22
  • z
  • '
  • r1 ≡ A11z − b1
44!

θ > 0

  • &
& &
  • .1"!0
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  • b1

A11 −r1θ−1vT

q

∅ ∅ A22 − uqσqvT

q

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˜

x

  • = ∅
+
  • ˜

x =

  • z

vqθ

  • ,
  • 3

x = Q˜ x = Q

  • z

vqθ

  • .
?
slide-33
SLIDE 33
  • 4
+ ' #% + !4
  • ""#
  • !
"4

[g|E] = P

∅ −r1θ−1vT

q

∅ ∅ −uqσqvT

q

1

∅ ∅ QT

  • ,

[g|E] F =

  • r12θ−2 + σ2

q .

A#

x = Q˜ x = Q

  • z

vqθ

  • !
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  • !34
  • !3
+ 4 ??
slide-34
SLIDE 34 M 1# " % =/ !!/# + 4 # .1"!0 + θ → +∞ ! !!/# + 4

[g|E]F → σq < σmin([b1|A11]),

  • =/
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x = ˜ x =

  • z

vqθ

  • → +∞.
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slide-35
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  • +
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  • +
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  • +
!4 [b1|A11]

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  • , x = x1, [g|E]F = [g1|E11]F = σmin([b1|A11]).
" ; % .* ,-!0
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  • 1#
  • 1#
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  • !
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  • !0
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  • x = Q
  • z

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  • , x → ∞, [g|E]F → σq = σmin(A22) < σmin([b1|A11]).
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slide-36
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  • 1
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  • +
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  • !
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σmin(A) = σmin([b|A]) = σq = σmin(A22).

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slide-37
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σmin(A) > σmin([b|A]).

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slide-38
SLIDE 38
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slide-39
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  • ! A22
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slide-40
SLIDE 40
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  • /#
! P −1 = P T Q−1 = QT 4 #
  • 44
  • 4
444
  • :
  • A11
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  • A22
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  • /#
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  • 4
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  • 4
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  • +
  • +
! A11x1 ≈ b1 !/ 1# 7" 1 + ! #
  • M(9
  • =/
L +#

σmin([b1|A11]) < σmin(A11),

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slide-41
SLIDE 41
  • A22
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αiβi = 0, i = 1 . . . p,

+ 4 βp+1 = 0
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⎡ ⎢ ⎢ ⎢ ⎣

β1 α1 β2

  • αp

βp+1

⎤ ⎥ ⎥ ⎥ ⎦ ∈ R p+1×p+1,

αiβi = 0, i = 1 . . . p, βp+1 = 0.

+ 4 αp+1 = 0
  • p = m
  • +
! A11x1 ≈ b1 "
  • !+#
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