We provide a computational framework for approximating a class of structured matrices; here, the term structure is very general, and may refer to a regular sparsity pattern (e.g., block-banded), or be more highly structured (e.g., symmetric block Toeplitz). The goal is to uncover {\it additional latent structure} that will in turn lead to computationally efficient algorithms when the new structured matrix approximations are employed in the place of the original operator. Our approach has three steps: map the structured matrix to tensors, use tensor compression algorithms, and map the compressed tensors back to obtain two different matrix representations -- sum of Kronecker products and block low-rank format. The use of tensor decompositions enables us to uncover latent structure in the problem and leads to compressed representations of the original matrix that can be used efficiently in applications. The resulting matrix approximations are memory efficient, easy to compute with, and preserve the error that is due to the tensor compression in the Frobenius norm. Our framework is quite general. We illustrate the ability of our method to uncover block-low-rank format on structured matrices from two applications: system identification, space-time covariance matrices. In addition, we demonstrate that our approach can uncover sum of structured Kronecker products structure on several matrices from the SuiteSparse collection. Finally, we show that our framework is broad enough to encompass and improve on other related results from the literature, as we illustrate with the approximation of a three-dimensional blurring operator.


翻译:我们为大约一组结构化矩阵提供了一个计算框架; 这里, 术语结构非常笼统, 可能指一种常规的宽度模式( 如块带), 也可能指一种常规的宽度模式( 如块带), 或更结构化( 例如对称区块托普利茨 ) 。 目标是发现 { 额外的潜在结构 }, 从而导致计算高效的算法, 当新的结构化矩阵近似在原始操作者所在地使用时 。 我们的方法有三个步骤 : 将结构化矩阵图映射到 Exors, 使用 Exronor 压缩算法, 向后映射压缩的缩压器, 以获得两种不同的矩阵表达方式 -- -- 克伦克尔产品的总和和, 使用 色调调器显示问题的潜在结构结构结构结构结构结构结构结构结构结构结构结构结构结构结构结构, 我们从多个系统展示了系统内部结构结构结构, 展示了系统内部结构结构, 展示了系统内部结构, 展示了我们系统内部结构, 展示了多种结构化产品。

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