A method of extended normal equations for tikhonov’s regulatization problems with differentiation operator


Cite item

Full Text

Abstract

This article is devoted to a new method of ill-conditioned linear algebraic systems solving with the help of differentiation operator. These problems appear while solving the first kind integral Fredholm equations. The most difficult thing about this method is that differential operator discrete analogue matrix is rank deficiency matrix. The generalized singular value decomposition methods are used to solve those problems. The approach has high computational complexity. This also leads to additional computational error. Our method is based on the original regularized problem transformation into equivalent augmented regularized normal equation system using differential operator discrete analogue. The problem of spectrum matrix investigation of augmented regularized normal equation system with rank deficiency differential operator discrete analogue matrix is very relevant nowadays. Accurate eigenvalue spectrum research for this problem is impossible. That is why we estimated spectrum matrix bounds. Our estimation is based on a wellknown Courant-Fisher theorem. It is shown that estimated spectrum matrix bounds are rather accurate. The comparison between the proposed method and standard method based on the solving of normal system of equations is done. As shown in the paper, the condition number of normal method matrix is bigger than the condition number of augmented normal equations method matrix. In conclusion test problems description is given which proves our theoretical background.

About the authors

Alexandr I Zhdanov

Samara State Technical University

Email: zhdanovaleksan@yandex.ru
(Dr. Phys. & Math. Sci.; zhdanovaleksan@yandex.ru), Dean, Faculty of the Distance and Additional Education 244, Molodogvardeyskaya st., Samara, 443100, Russian Federation

Ivan A Mikhaylov

Samara State Technical University

Email: mikhaylovivan90@mail.ru
(mikhaylovivan90@mail.ru; Corresponding Author), Postgraduate Student, Dept. of Higher Mathematics & Computer Science 244, Molodogvardeyskaya st., Samara, 443100, Russian Federation

References

  1. Abdelmalek N. N. A program for the solution of ill-posed linear systems arising from the discretization of the Fredholm integral equation of the first kind // Computer Physics Communications, 1990. vol. 58, no. 3. pp. 285-292. doi: 10.1016/0010-4655(90)90064-8.
  2. Delves L. M., Mohamed J. L. Computational Methods for Integral Equations. Cambridge: Cambridge University Press, 1985. 376+xii pp. doi: 10.1017/CBO9780511569609.
  3. Hansen P. C. REGULARIZATION TOOLS: A Matlab package for analysis and solution of discrete ill-posed problems // Numerical Algorithms, 1994. vol. 6, no. 1. pp. 1-35. doi: 10. 1007/BF02149761.
  4. Bouhamidi A., Jbilou K., Reichel L., Sadok H. An extrapolated TSVD method for linear discrete ill-posed problems with Kronecker structure // Linear Algebra and Its Applications, 2011. vol. 434, no. 7. pp. 1677-1688. doi: 10.1016/j.laa.2010.06.001.
  5. Тихонов А. Н., Арсенин В. Я. Методы решения некорректных задач. М.: Наука, 1979. 286 с.
  6. Phillips D. L. A technique for the numerical solution of certain integral equations of the first kind // JACM, 1962. vol. 9, no. 1. pp. 84-97. doi: 10.1145/321105.321114.
  7. Björck Å., Eldén L. Methods in numerical algebra for ill-posed problems: Technical Report LiTH-MAT-R33-1979. Linköping, Sweden, 1979. 267 pp.
  8. Wing G. M. A Primer on Integral Equations of the First Kind / Other Titles in Applied Mathematics. Los Alamos, New Mexico: Los Alamos National Laboratory, 1991. 141+xiv pp. doi: 10.1137/1.9781611971675.
  9. Bauer F., Lukas M. A. Comparingparameter choice methods for regularization of ill-posed problems // Mathematics and Computers in Simulation, 2011. vol. 81, no. 9. pp. 1795-1841. doi: 10.1016/j.matcom.2011.01.016.
  10. Liu C.-S. A dynamical Tikhonov regularization for solving ill-posed linear algebraic systems // Acta Applicandae Mathematicae, 2013. vol. 123, no. 1. pp. 285-307. doi: 10.1007/s10440-012-9766-3.
  11. Hansen P. C. Regularization Tools version 4.0 for Matlab 7.3 // Numer. Algor., 2007. vol. 46, no. 2. pp. 189-194. doi: 10.1007/s11075-007-9136-9.
  12. Жданов А. И. Метод расширенных регуляризованных нормальных уравнений // Ж. вычисл. матем. и матем. физ., 2012. Т. 52, № 2. С. 205-208.
  13. Stor N. J., Slapničar I., Barlow J. L. Accurate eigenvalue decomposition of real symmetric arrowhead matrices and applications // Linear Algebra and its Application, 2015. vol. 464, no. 1. pp. 62-89, arXiv: 1302.7203 [math.NA]. doi: 10.1016/j.laa.2013.10.007.
  14. Demmel J. W. Applied Numerical Linear Algebra / Other Titles in Applied Mathematics. Berkeley: University of California, 1997. 416+xi pp. doi: 10.1137/1.9781611971446.

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML

Copyright (c) 2014 Samara State Technical University

Creative Commons License
This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 International License.

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».