This article proposes and analyzes several variants of the randomized Cholesky QR factorization of a matrix $X$. Instead of computing the R factor from $X^T X$, as is done by standard methods, we obtain it from a small, efficiently computable random sketch of $X$, thus saving computational cost and improving numerical stability. The proposed direct variant of the randomized Cholesky QR requires only half the flops and the same communication cost as the classical Cholesky QR. At the same time, it is more robust since it is guaranteed to be stable whenever the input matrix is numerically full-rank. The rank-revealing randomized Cholesky QR variant has the ability to sort out the linearly dependent columns of $X$, which allows to have an unconditional numerical stability and reduce the computational cost when $X$ is rank-deficient. We also depict a column-oriented randomized Cholesky QR that establishes the connection with the randomized Gram-Schmidt process, and a reduced variant that outputs a low-dimensional projection of the Q factor rather than the full factor and therefore yields drastic computational savings. It is shown that performing minor operations in higher precision in the proposed algorithms can allow stability with working unit roundoff independent of the dominant matrix dimension. This feature may be of particular interest for a QR factorization of tall-and-skinny matrices on low-precision architectures.


翻译:本条提出并分析了一个基质 $X美元的随机计算 QR QR 系数的几种变体。 我们不是像标准方法那样从美元XQT X$计算R 系数,而是从一个小的、高效率的随机草图(美元X美元)中获取R系数,这样可以节省计算成本,提高数字稳定性。 随机的Choolesky QR 的拟议直接变体仅需要一半的Flops和与古典Cholesky QR相同的通信成本。 同时,它之所以更加强大,是因为一旦输入矩阵在数字上排满时,它就会保证稳定。 级别递反随机随机的Choolesky QR 变量有能力从线性依赖的一列(美元X美元)中挑选出R系数,这样可以无条件的数值稳定性和降低计算成本。 我们还描绘了一个以专栏为导向的随机随机随机的Cholesky QRR, 并且一个减少的变体,即输出低维的基质的基质和低维的基质的基数预测,因此,在结构中可以将基质的基质的基质- 基质的基质的基质的基质的基质的基质的基质的基数分析中,可以显示为基质的基质的基质的基质的基质的基数的基数的基数值的基数的基数的基数。

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