This work is concerned with approximating matrix functions for banded matrices, hierarchically semiseparable matrices, and related structures. We develop a new divide-and-conquer method based on (rational) Krylov subspace methods for performing low-rank updates of matrix functions. Our convergence analysis of the newly proposed method proceeds by establishing relations to best polynomial and rational approximation. When only the trace or the diagonal of the matrix function is of interest, we demonstrate -- in practice and in theory -- that convergence can be faster. For the special case of a banded matrix, we show that the divide-and-conquer method reduces to a much simpler algorithm, which proceeds by computing matrix functions of small submatrices. Numerical experiments confirm the effectiveness of the newly developed algorithms for computing large-scale matrix functions from a wide variety of applications.


翻译:这项工作涉及带宽矩阵、分等级半分离矩阵和相关结构的接近矩阵功能。我们根据(合理的) Krylov 子空间方法开发了一种新的分化和征服方法,用于进行低级别矩阵功能更新。我们通过建立最佳多元和合理近似关系对新提议的方法进行了趋同分析。当只对矩阵函数的痕量或对等值感兴趣时,我们在实践和理论上表明,趋同可以更快。对于带宽矩阵的特殊情况,我们表明,分化和共解方法可以简化为一种简单得多的算法,通过计算小型次矩阵的矩阵功能进行。数字实验证实了新开发的从多种应用中计算大型矩阵功能的算法的有效性。

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