ERROR NORM ESTIMATION
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1.1 The Lanczos algorithm . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .1 1.2 The conjugate gradient algorithm . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 1.3 The A-norm of the error. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4 1.4 Inverse of Tk. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8 1.5 The l2 norm of the error . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .12 1.6 Riemann-Stieltjes integral and Gauss quadrature . . . . . . . . . . . . . . . . . 15 1.7 MINRES and the CG residual norms . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .17 1.8 Estimates in finite precision arithmetic . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .18 1.9 The preconditioned conjugate gradient algorithm . . . . . . . . . . . . . . . . . 22 1.10 Parallel variants of CG . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .23
2.1 bcsstk01 and its inverse . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25 2.2 Prescribing the convergence curve . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26 2.3 Effects of rounding errors . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .28
3.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .31 3.2 The Gauss-Radau rule in CG . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .34
4.1 The factorization of tridiagonal matrices . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 39 4.2 Another upper bound . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 43
5.1 Estimates of norms of triangular matrices . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 45 5.2 Estimates of norms of bidiagonal matrices and their inverses . . . . . . . . . . .47 5.3 Estimates of matrix norms in CG . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 50
6.1 bcsstk01 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .55 6.2 1138 bus. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 56 6.3 Pb26 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .57 6.4 Approximation of the extreme eigenvalues . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .59
7.1 A model problem . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 63 7.2 Analysis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .66 7.3 Finite precision arithmetic . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 77 7.4 Conclusion on the Gauss-Radau problem . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 80
8.1 The delay for the Gauss lower bound . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 83 8.2The delay for the Gauss-Radau upper bound . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .86
9.1 bcsstk01 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .89 9.2 1138 bus . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .89 9.3 Pb26 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .90 9.4 bcsstk09 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .90 9.5 Adaptove choice of mu . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 93
10.1 The relative A-norm of the error . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 95 10.2 The l2 norm of the error . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 97 10.3 Other error norm estimates . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .102 10.4 Estimates of error norms by extrapolation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 102 10.5 Using the estimates in least squares problems . . . . . . . . . . . . . . . . . 103
11.1 bcsstk01 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .107 11.2 1138 bus . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .108 11.3 Pb26 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .109