11759:
11082:
4797:
4197:
11754:{\displaystyle {\begin{aligned}{\boldsymbol {r}}_{i}&={\boldsymbol {b}}-{\boldsymbol {Ax}}_{i}\\&={\boldsymbol {b}}-{\boldsymbol {A}}({\boldsymbol {x}}_{0}+{\boldsymbol {V}}_{i}{\boldsymbol {y}}_{i})\\&={\boldsymbol {r}}_{0}-{\boldsymbol {AV}}_{i}{\boldsymbol {y}}_{i}\\&={\boldsymbol {r}}_{0}-{\boldsymbol {V}}_{i+1}{\boldsymbol {\tilde {H}}}_{i}{\boldsymbol {y}}_{i}\\&={\boldsymbol {r}}_{0}-{\boldsymbol {V}}_{i}{\boldsymbol {H}}_{i}{\boldsymbol {y}}_{i}-h_{i+1,i}({\boldsymbol {e}}_{i}^{\mathrm {T} }{\boldsymbol {y}}_{i}){\boldsymbol {v}}_{i+1}\\&=\lVert {\boldsymbol {r}}_{0}\rVert _{2}{\boldsymbol {v}}_{1}-{\boldsymbol {V}}_{i}(\lVert {\boldsymbol {r}}_{0}\rVert _{2}{\boldsymbol {e}}_{1})-h_{i+1,i}({\boldsymbol {e}}_{i}^{\mathrm {T} }{\boldsymbol {y}}_{i}){\boldsymbol {v}}_{i+1}\\&=-h_{i+1,i}({\boldsymbol {e}}_{i}^{\mathrm {T} }{\boldsymbol {y}}_{i}){\boldsymbol {v}}_{i+1}{\text{.}}\end{aligned}}}
4792:{\displaystyle {\begin{aligned}&\mathbf {r} _{0}:=\mathbf {b} -\mathbf {Ax} _{0}\\&\mathbf {p} _{0}:=\mathbf {r} _{0}\\&k:=0\\&{\text{do while }}k<n\\&\qquad \alpha _{k}:={\frac {\mathbf {p} _{k}^{\mathsf {T}}\mathbf {r} _{k}}{\mathbf {p} _{k}^{\mathsf {T}}\mathbf {Ap} _{k}}}\\&\qquad \mathbf {x} _{k+1}:=\mathbf {x} _{k}+\alpha _{k}\mathbf {p} _{k}\\&\qquad {\text{if }}|\alpha _{k}|{\text{ is sufficiently small, then exit loop}}\\&\qquad \mathbf {r} _{k+1}:=\mathbf {r} _{k}-\alpha _{k}\mathbf {Ap} _{k}\\&\qquad \mathbf {p} _{k+1}:={\boldsymbol {r}}_{k+1}-\sum _{i=0}^{k}{\frac {{\boldsymbol {p}}_{i}^{\mathrm {T} }{\boldsymbol {Ar}}_{k+1}}{{\boldsymbol {p}}_{i}^{\mathrm {T} }{\boldsymbol {Ap}}_{i}}}{\boldsymbol {p}}_{i}\\&\qquad k:=k+1\\&{\text{return }}\mathbf {x} _{k+1}{\text{ as the result}}\end{aligned}}}
7657:
7166:
13341:
12814:
12171:
7652:{\displaystyle {\begin{aligned}{\boldsymbol {V}}_{i}&={\begin{bmatrix}{\boldsymbol {v}}_{1}&{\boldsymbol {v}}_{2}&\cdots &{\boldsymbol {v}}_{i}\end{bmatrix}}{\text{,}}\\{\boldsymbol {\tilde {H}}}_{i}&={\begin{bmatrix}h_{11}&h_{12}&h_{13}&\cdots &h_{1,i}\\h_{21}&h_{22}&h_{23}&\cdots &h_{2,i}\\&h_{32}&h_{33}&\cdots &h_{3,i}\\&&\ddots &\ddots &\vdots \\&&&h_{i,i-1}&h_{i,i}\\&&&&h_{i+1,i}\end{bmatrix}}={\begin{bmatrix}{\boldsymbol {H}}_{i}\\h_{i+1,i}{\boldsymbol {e}}_{i}^{\mathrm {T} }\end{bmatrix}}\end{aligned}}}
12993:
9511:
12488:
11850:
265:
1181:
13336:{\displaystyle {\begin{aligned}\beta _{i}&=-{\frac {{\boldsymbol {r}}_{i+1}^{\mathrm {T} }{\boldsymbol {Ap}}_{i}}{{\boldsymbol {p}}_{i}^{\mathrm {T} }{\boldsymbol {Ap}}_{i}}}\\&=-{\frac {{\boldsymbol {r}}_{i+1}^{\mathrm {T} }({\boldsymbol {r}}_{i}-{\boldsymbol {r}}_{i+1})}{\alpha _{i}{\boldsymbol {p}}_{i}^{\mathrm {T} }{\boldsymbol {Ap}}_{i}}}\\&={\frac {{\boldsymbol {r}}_{i+1}^{\mathrm {T} }{\boldsymbol {r}}_{i+1}}{{\boldsymbol {r}}_{i}^{\mathrm {T} }{\boldsymbol {r}}_{i}}}{\text{.}}\end{aligned}}}
9213:
12809:{\displaystyle {\begin{aligned}\alpha _{i}&={\frac {{\boldsymbol {r}}_{i}^{\mathrm {T} }{\boldsymbol {r}}_{i}}{{\boldsymbol {r}}_{i}^{\mathrm {T} }{\boldsymbol {Ap}}_{i}}}\\&={\frac {{\boldsymbol {r}}_{i}^{\mathrm {T} }{\boldsymbol {r}}_{i}}{({\boldsymbol {p}}_{i}-\beta _{i-1}{\boldsymbol {p}}_{i-1})^{\mathrm {T} }{\boldsymbol {Ap}}_{i}}}\\&={\frac {{\boldsymbol {r}}_{i}^{\mathrm {T} }{\boldsymbol {r}}_{i}}{{\boldsymbol {p}}_{i}^{\mathrm {T} }{\boldsymbol {Ap}}_{i}}}{\text{.}}\end{aligned}}}
8868:
12166:{\displaystyle {\begin{aligned}{\boldsymbol {P}}_{i}^{\mathrm {T} }{\boldsymbol {AP}}_{i}&={\boldsymbol {U}}_{i}^{-\mathrm {T} }{\boldsymbol {V}}_{i}^{\mathrm {T} }{\boldsymbol {AV}}_{i}{\boldsymbol {U}}_{i}^{-1}\\&={\boldsymbol {U}}_{i}^{-\mathrm {T} }{\boldsymbol {H}}_{i}{\boldsymbol {U}}_{i}^{-1}\\&={\boldsymbol {U}}_{i}^{-\mathrm {T} }{\boldsymbol {L}}_{i}{\boldsymbol {U}}_{i}{\boldsymbol {U}}_{i}^{-1}\\&={\boldsymbol {U}}_{i}^{-\mathrm {T} }{\boldsymbol {L}}_{i}\end{aligned}}}
10672:
1642:
10362:
926:
9506:{\displaystyle {\begin{aligned}{\boldsymbol {x}}_{i}&={\boldsymbol {x}}_{0}+{\boldsymbol {V}}_{i}{\boldsymbol {H}}_{i}^{-1}(\lVert {\boldsymbol {r}}_{0}\rVert _{2}{\boldsymbol {e}}_{1})\\&={\boldsymbol {x}}_{0}+{\boldsymbol {V}}_{i}{\boldsymbol {U}}_{i}^{-1}{\boldsymbol {L}}_{i}^{-1}(\lVert {\boldsymbol {r}}_{0}\rVert _{2}{\boldsymbol {e}}_{1})\\&={\boldsymbol {x}}_{0}+{\boldsymbol {P}}_{i}{\boldsymbol {z}}_{i}\end{aligned}}}
8582:
6901:
10410:
9868:
9689:
7862:
1420:
10140:
1176:{\displaystyle {\begin{aligned}\alpha _{i}&={\frac {{\boldsymbol {p}}_{i}^{\mathrm {T} }{\boldsymbol {r}}_{i}}{{\boldsymbol {p}}_{i}^{\mathrm {T} }{\boldsymbol {Ap}}_{i}}}{\text{,}}\\{\boldsymbol {x}}_{i+1}&={\boldsymbol {x}}_{i}+\alpha _{i}{\boldsymbol {p}}_{i}{\text{,}}\\{\boldsymbol {r}}_{i+1}&={\boldsymbol {r}}_{i}-\alpha _{i}{\boldsymbol {Ap}}_{i}\end{aligned}}}
3822:
8451:
4192:
3583:
5693:
8863:{\displaystyle {\boldsymbol {H}}_{i}={\boldsymbol {L}}_{i}{\boldsymbol {U}}_{i}={\begin{bmatrix}1\\c_{2}&1\\&\ddots &\ddots \\&&c_{i-1}&1\\&&&c_{i}&1\end{bmatrix}}{\begin{bmatrix}d_{1}&b_{2}\\&d_{2}&b_{3}\\&&\ddots &\ddots \\&&&d_{i-1}&b_{i}\\&&&&d_{i}\end{bmatrix}}}
3395:
9131:
2368:
6692:
10100:
10886:
10667:{\displaystyle {\begin{aligned}{\boldsymbol {x}}_{i}&={\boldsymbol {x}}_{i-1}+\alpha _{i-1}{\boldsymbol {p}}_{i-1}{\text{,}}\\{\boldsymbol {r}}_{i}&={\boldsymbol {r}}_{i-1}-\alpha _{i-1}{\boldsymbol {Ap}}_{i-1}{\text{,}}\\{\boldsymbol {p}}_{i}&={\boldsymbol {r}}_{i}+\beta _{i-1}{\boldsymbol {p}}_{i-1}{\text{.}}\end{aligned}}}
9700:
670:
1254:
6607:
9522:
5865:
7668:
6081:
10357:{\displaystyle {\begin{aligned}{\boldsymbol {x}}_{i}&={\boldsymbol {x}}_{0}+{\boldsymbol {P}}_{i}{\boldsymbol {z}}_{i}\\&={\boldsymbol {x}}_{0}+{\boldsymbol {P}}_{i-1}{\boldsymbol {z}}_{i-1}+\zeta _{i}{\boldsymbol {p}}_{i}\\&={\boldsymbol {x}}_{i-1}+\zeta _{i}{\boldsymbol {p}}_{i}{\text{.}}\end{aligned}}}
12985:
6335:
12480:
251:
3635:
1593:
are not picked well, then progress will be slow. In particular, the gradient descent method would be slow. This can be seen in the diagram, where the green line is the result of always picking the local gradient direction. It zig-zags towards the minimum, but repeatedly overshoots. In contrast, if we
8244:
701:
on some ellipsoid, then choose a direction and travel along that direction, until we hit the point where the ellipsoid is minimized in that direction. This is not necessarily the minimum, but it is progress towards it. Visually, it is moving along a line, and stopping as soon as we reach a point
4035:
3432:
5530:
2173:
3265:
2071:
553:
345:
8933:
6896:{\displaystyle {\boldsymbol {v}}_{i}={\begin{cases}{\boldsymbol {r}}_{0}&{\text{if }}i=1{\text{,}}\\{\boldsymbol {Av}}_{i-1}-\sum _{j=1}^{i-1}({\boldsymbol {v}}_{j}^{\mathrm {T} }{\boldsymbol {Av}}_{i-1}){\boldsymbol {v}}_{j}&{\text{if }}i>1{\text{.}}\end{cases}}}
6186:
1661:
The concept of conjugate directions came from classical geometry of ellipse. For an ellipse, two semi-axes center are mutually conjugate with respect to the ellipse iff the lines are parallel to the tangent bounding parallelogram, as pictured. The concept generalizes to
9935:
8044:
10767:
9863:{\displaystyle {\begin{aligned}{\boldsymbol {P}}_{i}&={\begin{bmatrix}{\boldsymbol {P}}_{i-1}&{\boldsymbol {p}}_{i}\end{bmatrix}}{\text{,}}\\{\boldsymbol {z}}_{i}&={\begin{bmatrix}{\boldsymbol {z}}_{i-1}\\\zeta _{i}\end{bmatrix}}{\text{.}}\end{aligned}}}
5954:
9684:{\displaystyle {\begin{aligned}{\boldsymbol {P}}_{i}&={\boldsymbol {V}}_{i}{\boldsymbol {U}}_{i}^{-1}{\text{,}}\\{\boldsymbol {z}}_{i}&={\boldsymbol {L}}_{i}^{-1}(\lVert {\boldsymbol {r}}_{0}\rVert _{2}{\boldsymbol {e}}_{1}){\text{.}}\end{aligned}}}
6476:
7857:{\displaystyle h_{ji}={\begin{cases}{\boldsymbol {v}}_{j}^{\mathrm {T} }{\boldsymbol {Av}}_{i}&{\text{if }}j\leq i{\text{,}}\\\lVert {\boldsymbol {w}}_{i+1}\rVert _{2}&{\text{if }}j=i+1{\text{,}}\\0&{\text{if }}j>i+1{\text{.}}\end{cases}}}
5703:
1415:{\displaystyle {\boldsymbol {r}}_{i+1}={\boldsymbol {b}}-{\boldsymbol {Ax}}_{i+1}={\boldsymbol {b}}-{\boldsymbol {A}}({\boldsymbol {x}}_{i}+\alpha _{i}{\boldsymbol {p}}_{i})={\boldsymbol {r}}_{i}-\alpha _{i}{\boldsymbol {A}}{\boldsymbol {p}}_{i}}
9205:
8115:
12851:
6684:
6191:
12355:
11048:
8236:
7077:
6465:
3817:{\displaystyle {\boldsymbol {p}}_{n-1}={\boldsymbol {p}}_{n-1,0}-\sum _{i=0}^{n-2}{\frac {{\boldsymbol {p}}_{i}^{\mathrm {T} }{\boldsymbol {Ap}}_{n-1,0}}{{\boldsymbol {p}}_{i}^{\mathrm {T} }{\boldsymbol {Ap}}_{i}}}{\boldsymbol {p}}_{i}}
7155:
772:
168:
2143:
5519:
2519:
1591:
1518:
1249:
8446:{\displaystyle {\boldsymbol {H}}_{i}={\begin{bmatrix}a_{1}&b_{2}\\b_{2}&a_{2}&b_{3}\\&\ddots &\ddots &\ddots \\&&b_{i-1}&a_{i-1}&b_{i}\\&&&b_{i}&a_{i}\end{bmatrix}}{\text{.}}}
4030:
4187:{\displaystyle {\boldsymbol {p}}_{k}={\boldsymbol {r}}_{k}-\sum _{i=0}^{k-1}{\frac {{\boldsymbol {p}}_{i}^{\mathrm {T} }{\boldsymbol {Ar}}_{k}}{{\boldsymbol {p}}_{i}^{\mathrm {T} }{\boldsymbol {Ap}}_{i}}}{\boldsymbol {p}}_{i}}
3578:{\displaystyle {\boldsymbol {p}}_{2}={\boldsymbol {p}}_{20}-\sum _{i=0}^{1}{\frac {{\boldsymbol {p}}_{i}^{\mathrm {T} }{\boldsymbol {Ap}}_{20}}{{\boldsymbol {p}}_{i}^{\mathrm {T} }{\boldsymbol {Ap}}_{i}}}{\boldsymbol {p}}_{i}}
5688:{\displaystyle \mathbf {p} _{k}:={\boldsymbol {r}}_{k}-\sum _{i=0}^{k-1}{\frac {{\boldsymbol {p}}_{i}^{\mathrm {T} }{\boldsymbol {Ar}}_{k-1}}{{\boldsymbol {p}}_{i}^{\mathrm {T} }{\boldsymbol {Ap}}_{i}}}{\boldsymbol {p}}_{i}}
5949:
1750:
7920:
2004:
918:
278:
2425:
5436:
5365:
5197:
3165:
3085:
11842:
2953:
2869:
2817:
2735:
2683:
2631:
548:
5294:
5091:
5023:
3923:
3390:{\displaystyle {\boldsymbol {p}}_{1}={\boldsymbol {p}}_{10}-{\frac {{\boldsymbol {p}}_{0}^{\mathrm {T} }{\boldsymbol {Ap}}_{10}}{{\boldsymbol {p}}_{0}^{\mathrm {T} }{\boldsymbol {Ap}}_{0}}}{\boldsymbol {p}}_{0}}
9126:{\displaystyle {\begin{aligned}c_{i}&=b_{i}/d_{i-1}{\text{,}}\\d_{i}&={\begin{cases}a_{1}&{\text{if }}i=1{\text{,}}\\a_{i}-c_{i}b_{i}&{\text{if }}i>1{\text{.}}\end{cases}}\end{aligned}}}
1996:
1821:
6090:
10095:{\displaystyle {\begin{aligned}{\boldsymbol {p}}_{i}&={\frac {1}{d_{i}}}({\boldsymbol {v}}_{i}-b_{i}{\boldsymbol {p}}_{i-1}){\text{,}}\\\zeta _{i}&=-c_{i}\zeta _{i-1}{\text{.}}\end{aligned}}}
2363:{\displaystyle (t_{i}{\boldsymbol {p}}_{i}+{\boldsymbol {p}}_{j}dt_{j})^{\mathrm {T} }{\boldsymbol {A}}(t_{i}{\boldsymbol {p}}_{i}+{\boldsymbol {p}}_{j}dt_{j})=C'+O(dt_{j}^{2}),\quad \forall i\neq j}
10881:{\displaystyle {\begin{aligned}{\boldsymbol {r}}_{i}^{\mathrm {T} }{\boldsymbol {r}}_{j}&=0{\text{,}}\\{\boldsymbol {p}}_{i}^{\mathrm {T} }{\boldsymbol {Ap}}_{j}&=0{\text{.}}\end{aligned}}}
7954:
271:
Geometrically, the quadratic function can be equivalently presented by writing down its value at every point in space. The points of equal value make up its contour surfaces, which are concentric
65:
12998:
12493:
11855:
11087:
10772:
10415:
10145:
9940:
9705:
9527:
9218:
8938:
7171:
4942:
4202:
931:
1868:
665:{\displaystyle \alpha _{0}={\frac {{\boldsymbol {p}}_{0}^{\mathrm {T} }({\boldsymbol {b}}-{\boldsymbol {Ax}}_{0})}{{\boldsymbol {p}}_{0}^{\mathrm {T} }{\boldsymbol {A}}{\boldsymbol {p}}_{0}}}}
4886:
6602:{\displaystyle {\mathcal {K}}({\boldsymbol {A}},{\boldsymbol {r}}_{0})=\mathrm {span} \{{\boldsymbol {r}}_{0},{\boldsymbol {Ar}}_{0},{\boldsymbol {A}}^{2}{\boldsymbol {r}}_{0},\ldots \}}
5860:{\displaystyle {\boldsymbol {p}}_{i}^{\mathrm {T} }{\boldsymbol {Ar}}_{k+1}={\begin{cases}0,\;i<k\\-{\boldsymbol {r}}_{k+1}^{T}{\boldsymbol {r}}_{k+1}/\alpha _{k},\;i=k\end{cases}}}
3630:
7000:
10953:
3861:
3427:
3260:
420:
129:
12846:
12350:
12318:
12289:
12260:
11791:
10918:
10733:
10704:
10402:
10132:
9900:
8566:
8537:
8483:
7949:
6959:
6390:
3228:
1922:
863:
801:
699:
485:
456:
6076:{\displaystyle {\boldsymbol {r}}_{k+1}^{T}{\boldsymbol {A}}{\boldsymbol {p}}_{i}={\boldsymbol {r}}_{k+1}^{T}{\frac {{\boldsymbol {r}}_{i}-{\boldsymbol {r}}_{i+1}}{\alpha _{i}}}}
8508:
8167:
8145:
1890:
390:
Minimizing the quadratic function is then a problem of moving around the plane, searching for that shared center of all those ellipsoids. The center can be found by computing
90:
5226:
5126:
12980:{\displaystyle {\boldsymbol {p}}_{i+1}^{\mathrm {T} }{\boldsymbol {Ap}}_{i}=({\boldsymbol {r}}_{i+1}+\beta _{i}{\boldsymbol {p}}_{i})^{\mathrm {T} }{\boldsymbol {Ap}}_{i}=0}
3959:
9139:
8049:
6330:{\displaystyle \mathbf {p} _{k+1}:={\boldsymbol {r}}_{k+1}+{\frac {\mathbf {r} _{k+1}^{\top }\mathbf {r} _{k+1}}{\mathbf {r} _{k}^{\top }\mathbf {r} _{k}}}\mathbf {p} _{k}}
4833:
1453:
12475:{\displaystyle {\boldsymbol {r}}_{i+1}^{\mathrm {T} }{\boldsymbol {r}}_{i}=({\boldsymbol {r}}_{i}-\alpha _{i}{\boldsymbol {Ap}}_{i})^{\mathrm {T} }{\boldsymbol {r}}_{i}=0}
2096:
132:
12204:
828:
12231:
9927:
6615:
10984:
10759:
8175:
3111:
3026:
2997:
2974:
2890:
2756:
2572:
2451:
2168:
11074:
7005:
6930:
8925:
8898:
1949:
246:{\displaystyle f({\boldsymbol {x}})={\boldsymbol {x}}^{\mathrm {T} }{\boldsymbol {A}}{\boldsymbol {x}}-2{\boldsymbol {b}}^{\mathrm {T} }{\boldsymbol {x}}{\text{.}}}
6399:
3954:
10979:
7088:
3191:
708:
2091:
1774:
1636:
1616:
385:
365:
5446:
2459:
1531:
1458:
1189:
13462:
5876:
1673:
7870:
868:
2373:
5370:
5299:
5131:
3116:
3036:
11796:
4944:, that is, taking a conjugate gradient step gets us exactly back to where we were. This is only possible if the local gradient is already zero.
2907:
2823:
2771:
2689:
2637:
2585:
162:
The conjugate gradient method can be seen as a special case of the conjugate direction method applied to minimization of the quadratic function
490:
5231:
5028:
4960:
3866:
13634:
13583:
2066:{\displaystyle {\boldsymbol {x}}^{\mathrm {T} }{\boldsymbol {A}}{\boldsymbol {x}}-2{\boldsymbol {b}}^{\mathrm {T} }{\boldsymbol {x}}=C}
340:{\displaystyle {\boldsymbol {x}}^{\mathrm {T} }{\boldsymbol {A}}{\boldsymbol {x}}-2{\boldsymbol {b}}^{\mathrm {T} }{\boldsymbol {x}}=C}
13608:
6181:{\displaystyle \alpha _{k}={\frac {\mathbf {r} _{k}^{\top }\mathbf {r} _{k}}{\mathbf {p} _{k}^{\top }\mathbf {A} \mathbf {p} _{k}}}}
1954:
1779:
6355:
The conjugate gradient method can also be seen as a variant of the
Arnoldi/Lanczos iteration applied to solving linear systems.
387:
decreases, the ellipsoids become smaller and smaller, until at its minimal value, the ellipsoid shrinks to their shared center.
13603:
13455:
8039:{\displaystyle {\boldsymbol {y}}_{i}={\boldsymbol {H}}_{i}^{-1}(\lVert {\boldsymbol {r}}_{0}\rVert _{2}{\boldsymbol {e}}_{1})}
131:
explicitly. The conjugate gradient method can be derived from several different perspectives, including specialization of the
13431:
1251:
are to be picked. Notice in particular how the residual is calculated iteratively step-by-step, instead of anew every time:
37:
10404:
to scale and compensate for the scaling in the constant factor, we potentially can have simpler recurrences of the form:
4897:
1826:
10367:
The relations above straightforwardly lead to the direct
Lanczos method, which turns out to be slightly more complex.
3197:
works, with additional degrees of freedom that we can later use to pick the ones that would simplify the computation:
13629:
13562:
13448:
4838:
2456:
The conjugate direction method is imprecise in the sense that no formulae are given for selection of the directions
13593:
13520:
6962:
3594:
3193:. Thus the problem of finding conjugate axes is less constrained than the problem of orthogonalization, so the
6967:
4952:
This algorithm can be significantly simplified by some lemmas, resulting in the conjugate gradient algorithm.
10923:
3831:
3403:
3236:
393:
102:
13552:
12822:
12326:
12294:
12265:
12236:
11767:
10894:
10709:
10680:
10378:
10108:
9876:
8542:
8513:
8459:
7925:
6935:
6366:
3204:
1898:
839:
777:
675:
461:
432:
13506:
13410:
8491:
8150:
8128:
1873:
1752:
are mutually conjugate with respect to the ellipsoid iff each axis is parallel to the tangent bounding
136:
73:
29:
9200:{\displaystyle {\boldsymbol {x}}_{i}={\boldsymbol {x}}_{0}+{\boldsymbol {V}}_{i}{\boldsymbol {y}}_{i}}
8110:{\displaystyle {\boldsymbol {x}}_{i}={\boldsymbol {x}}_{0}+{\boldsymbol {V}}_{i}{\boldsymbol {y}}_{i}}
5202:
5102:
13639:
13557:
21:
9020:
7693:
6716:
5755:
13471:
6679:{\displaystyle {\boldsymbol {v}}_{i}={\boldsymbol {w}}_{i}/\lVert {\boldsymbol {w}}_{i}\rVert _{2}}
4805:
3194:
1425:
96:
17:
11043:{\displaystyle {\boldsymbol {r}}_{0}=\lVert {\boldsymbol {r}}_{0}\rVert _{2}{\boldsymbol {v}}_{1}}
12182:
8170:
806:
12209:
9905:
8231:{\displaystyle {\boldsymbol {H}}_{i}={\boldsymbol {V}}_{i}^{\mathrm {T} }{\boldsymbol {AV}}_{i}}
7072:{\displaystyle \{{\boldsymbol {v}}_{1},{\boldsymbol {v}}_{2},\ldots ,{\boldsymbol {v}}_{i-1}\}}
13382:
13516:
10738:
6460:{\displaystyle \{{\boldsymbol {v}}_{1},{\boldsymbol {v}}_{2},{\boldsymbol {v}}_{3},\ldots \}}
3090:
3011:
2982:
2959:
2875:
2741:
2557:
2430:
11053:
7150:{\displaystyle {\boldsymbol {AV}}_{i}={\boldsymbol {V}}_{i+1}{\boldsymbol {\tilde {H}}}_{i}}
6909:
767:{\displaystyle {\boldsymbol {x}}_{1}={\boldsymbol {x}}_{0}+\alpha _{0}{\boldsymbol {p}}_{0}}
13511:
8903:
8876:
2522:
1927:
10370:
3928:
8:
13490:
10958:
5514:{\displaystyle \mathbf {p} _{k}^{T}\mathbf {r} _{k}=\mathbf {r} _{k}^{T}\mathbf {r} _{k}}
3170:
2514:{\displaystyle {\boldsymbol {p}}_{0},{\boldsymbol {p}}_{1},{\boldsymbol {p}}_{2},\ldots }
1654:
1586:{\displaystyle {\boldsymbol {p}}_{0},{\boldsymbol {p}}_{1},{\boldsymbol {p}}_{2},\ldots }
1513:{\displaystyle {\boldsymbol {p}}_{0},{\boldsymbol {p}}_{1},{\boldsymbol {p}}_{2},\ldots }
1244:{\displaystyle {\boldsymbol {p}}_{0},{\boldsymbol {p}}_{1},{\boldsymbol {p}}_{2},\ldots }
2148:
13420:
4025:{\displaystyle {\boldsymbol {p}}_{k,0}=\mathbf {r} _{k}=\mathbf {b} -\mathbf {Ax} _{k}}
2521:. Specific choices lead to various methods including the conjugate gradient method and
2076:
1759:
1621:
1601:
370:
350:
1455:
prematurely, which would bring numerical problems. However, for particular choices of
13427:
6350:
6346:
2138:{\displaystyle {\boldsymbol {x}}^{\mathrm {T} }{\boldsymbol {A}}{\boldsymbol {x}}=C'}
144:
140:
2093:, we can translate it so that its center is at origin. This changes the equation to
154:
The intent of this article is to document the important steps in these derivations.
13526:
13397:
8573:
8569:
93:
25:
264:
13567:
8485:
in the iteration, and the
Arnoldi iteration is reduced to the Lanczos iteration.
6468:
13363:
5944:{\displaystyle \mathbf {r} _{i+1}=\mathbf {r} _{i}-\alpha _{k}\mathbf {Ap} _{i}}
1745:{\displaystyle t_{0}{\boldsymbol {p}}_{0},\dots ,t_{n-1}{\boldsymbol {p}}_{n-1}}
1598:, then there will be no overshoot, and we would obtain the global minimum after
550:. This has a simple closed-form solution that does not involve matrix inversion:
13485:
13378:
13374:
8238:
becomes symmetric and thus tridiagonal. It then can be more clearly denoted by
7867:
When applying the
Arnoldi iteration to solving linear systems, one starts with
1753:
7915:{\displaystyle {\boldsymbol {r}}_{0}={\boldsymbol {b}}-{\boldsymbol {Ax}}_{0}}
3925:. Since conjugate directions can be scaled by a nonzero value, we scale it by
913:{\displaystyle {\boldsymbol {r}}_{0}={\boldsymbol {b}}-{\boldsymbol {Ax}}_{0}}
13623:
13531:
1650:
12176:
is symmetric and lower triangular simultaneously and thus must be diagonal.
2420:{\displaystyle {\boldsymbol {p}}_{i}^{\mathrm {T} }{\boldsymbol {Ap}}_{j}=0}
13440:
13411:
An introduction to the conjugate gradient method without the agonizing pain
5431:{\displaystyle \mathbf {p} _{0},\mathbf {p} _{1},\dots ,\mathbf {p} _{j-1}}
5360:{\displaystyle \mathbf {r} _{0},\mathbf {r} _{1},\dots ,\mathbf {r} _{j-1}}
5192:{\displaystyle \mathbf {p} _{0},\mathbf {p} _{1},\dots ,\mathbf {p} _{j-1}}
3160:{\displaystyle {\boldsymbol {p}}_{i}^{\mathrm {T} }{\boldsymbol {p}}_{j}=1}
3080:{\displaystyle {\boldsymbol {p}}_{i}^{\mathrm {T} }{\boldsymbol {p}}_{j}=0}
11837:{\displaystyle {\boldsymbol {P}}_{i}^{\mathrm {T} }{\boldsymbol {AP}}_{i}}
2948:{\displaystyle {\boldsymbol {p}}_{2}^{\mathrm {T} }{\boldsymbol {Ap}}_{3}}
2864:{\displaystyle {\boldsymbol {p}}_{1}^{\mathrm {T} }{\boldsymbol {Ap}}_{3}}
2812:{\displaystyle {\boldsymbol {p}}_{1}^{\mathrm {T} }{\boldsymbol {Ap}}_{2}}
2730:{\displaystyle {\boldsymbol {p}}_{0}^{\mathrm {T} }{\boldsymbol {Ap}}_{3}}
2678:{\displaystyle {\boldsymbol {p}}_{0}^{\mathrm {T} }{\boldsymbol {Ap}}_{2}}
2626:{\displaystyle {\boldsymbol {p}}_{0}^{\mathrm {T} }{\boldsymbol {Ap}}_{1}}
13401:
6393:
543:{\displaystyle f({\boldsymbol {x}}_{0}+{\boldsymbol {p}}_{0}\alpha _{0})}
426:
10677:
As premises for the simplification, we now derive the orthogonality of
10371:
The conjugate gradient method from imposing orthogonality and conjugacy
5289:{\displaystyle \mathbf {p} _{i}^{T}\mathbf {r} _{j}=0,\;\forall i<j}
5086:{\displaystyle \mathbf {r} _{i}^{T}\mathbf {r} _{j}=0,\;\forall i<j}
5018:{\displaystyle \mathbf {p} _{i}^{T}\mathbf {r} _{j}=0,\;\forall i<j}
3918:{\displaystyle {\boldsymbol {p}}_{k,0}=\nabla f({\boldsymbol {x}}_{k})}
148:
1641:
13547:
5099:
By the geometric construction, the tangent plane to the ellipsoid at
272:
1520:, this will not occur before convergence, as we will prove below.
1646:
3033:
This resembles the problem of orthogonalization, which requires
13598:
13588:
13418:
Saad, Y. (2003). "Chapter 6: Krylov
Subspace Methods, Part I".
422:
explicitly, but this is precisely what we are trying to avoid.
7082:
Put in matrix form, the iteration is captured by the equation
10105:
With this formulation, we arrive at a simple recurrence for
1991:{\displaystyle {\boldsymbol {c}}+t_{i}{\boldsymbol {p}}_{i}}
1816:{\displaystyle {\boldsymbol {c}}+t_{i}{\boldsymbol {p}}_{i}}
705:
We can now repeat this procedure, starting at our new point
13383:"Methods of conjugate gradients for solving linear systems"
9115:
7850:
6889:
5853:
4194:. Plugging it in, we have the conjugate gradient algorithm:
2533:
We can tabulate the equations that we need to set to zero:
5128:
contains each of the previous conjugate direction vectors
13390:
Journal of
Research of the National Bureau of Standards
9808:
9732:
8733:
8633:
8268:
7577:
7294:
7198:
12996:
12854:
12825:
12491:
12358:
12329:
12297:
12268:
12239:
12212:
12185:
11853:
11799:
11770:
11085:
11056:
10987:
10961:
10926:
10897:
10770:
10741:
10712:
10683:
10413:
10381:
10143:
10111:
9938:
9908:
9879:
9703:
9525:
9216:
9142:
8936:
8906:
8879:
8585:
8545:
8516:
8494:
8462:
8247:
8178:
8153:
8131:
8052:
7957:
7928:
7873:
7671:
7169:
7091:
7008:
6970:
6938:
6912:
6695:
6618:
6479:
6402:
6369:
6194:
6093:
5957:
5879:
5706:
5533:
5449:
5373:
5302:
5296:. The second equation is true since by construction,
5234:
5205:
5134:
5105:
5031:
4963:
4900:
4841:
4808:
4200:
4038:
3962:
3931:
3869:
3834:
3638:
3597:
3435:
3406:
3268:
3239:
3207:
3173:
3119:
3093:
3039:
3014:
2985:
2962:
2910:
2878:
2826:
2774:
2744:
2692:
2640:
2588:
2560:
2462:
2433:
2376:
2176:
2151:
2099:
2079:
2007:
1957:
1930:
1901:
1876:
1829:
1782:
1762:
1676:
1624:
1604:
1534:
1461:
1428:
1257:
1192:
929:
871:
842:
809:
780:
711:
678:
556:
493:
464:
435:
396:
373:
353:
281:
171:
105:
76:
40:
6337:, which is the proper conjugate gradient algorithm.
60:{\displaystyle {\boldsymbol {Ax}}={\boldsymbol {b}}}
6363:In the Arnoldi iteration, one starts with a vector
4937:{\displaystyle \mathbf {x} _{k+1}=\mathbf {x} _{k}}
1895:Note that we need to scale each directional vector
13419:
13335:
12979:
12840:
12808:
12474:
12344:
12312:
12283:
12254:
12225:
12198:
12165:
11836:
11785:
11753:
11068:
11042:
10973:
10947:
10912:
10880:
10753:
10727:
10698:
10666:
10396:
10356:
10126:
10094:
9921:
9894:
9862:
9683:
9505:
9199:
9125:
8919:
8892:
8862:
8560:
8531:
8502:
8477:
8445:
8230:
8161:
8139:
8109:
8038:
7943:
7914:
7856:
7651:
7149:
7071:
6994:
6953:
6924:
6895:
6678:
6601:
6459:
6384:
6329:
6180:
6075:
5943:
5859:
5687:
5513:
5430:
5359:
5288:
5220:
5191:
5120:
5085:
5017:
4936:
4880:
4827:
4791:
4186:
4024:
3948:
3917:
3855:
3816:
3624:
3577:
3421:
3389:
3254:
3222:
3185:
3159:
3105:
3079:
3020:
2991:
2968:
2947:
2884:
2863:
2811:
2750:
2729:
2677:
2625:
2566:
2513:
2445:
2419:
2362:
2162:
2137:
2085:
2065:
1990:
1943:
1916:
1884:
1862:
1815:
1768:
1744:
1630:
1610:
1585:
1512:
1447:
1414:
1243:
1175:
912:
857:
833:We can summarize this as the following algorithm:
822:
795:
766:
693:
664:
542:
479:
450:
414:
379:
359:
339:
245:
123:
84:
59:
11302:
8147:is symmetric positive-definite. With symmetry of
7922:, the residual corresponding to an initial guess
7270:
7135:
1863:{\displaystyle \{{\boldsymbol {p}}_{j}:j\neq i\}}
13621:
13373:
8456:This enables a short three-term recurrence for
10891:The residuals are mutually orthogonal because
4881:{\displaystyle \nabla f(\mathrm {x} _{k+1})=0}
256:which allows us to apply geometric intuition.
13456:
13364:http://user.it.uu.se/~matsh/opt/f8/node5.html
7951:. After each step of iteration, one computes
6358:
4835:, then the algorithm has converged, that is,
13470:
11548:
11532:
11493:
11477:
11019:
11003:
9648:
9632:
9426:
9410:
9306:
9290:
8120:
8012:
7996:
7777:
7755:
7066:
7009:
6667:
6651:
6596:
6530:
6454:
6403:
6340:
1857:
1830:
13422:Iterative methods for sparse linear systems
8125:For the rest of discussion, we assume that
4498: is sufficiently small, then exit loop
13463:
13449:
5840:
5764:
5273:
5070:
5002:
9873:In fact, there are short recurrences for
3625:{\displaystyle {\boldsymbol {p}}_{n-1,0}}
12262:by solely imposing the orthogonality of
6995:{\displaystyle {\boldsymbol {Av}}_{i-1}}
1776:, the tangent plane to the ellipsoid at
1640:
263:
13594:Basic Linear Algebra Subprograms (BLAS)
13311:
13292:
13272:
13247:
13219:
13216:
13197:
13164:
13149:
13121:
13090:
13087:
13068:
13054:
13051:
13026:
12961:
12958:
12934:
12903:
12885:
12882:
12857:
12828:
12784:
12781:
12762:
12748:
12729:
12701:
12698:
12668:
12637:
12620:
12601:
12573:
12570:
12551:
12537:
12518:
12456:
12432:
12429:
12404:
12386:
12361:
12332:
12300:
12271:
12242:
12179:Now we can derive the constant factors
12149:
12127:
12097:
12085:
12073:
12051:
12021:
12009:
11987:
11957:
11945:
11942:
11923:
11901:
11882:
11879:
11860:
11824:
11821:
11802:
11773:
11726:
11711:
11692:
11636:
11621:
11602:
11559:
11537:
11519:
11504:
11482:
11451:
11436:
11417:
11377:
11365:
11353:
11338:
11316:
11299:
11279:
11264:
11242:
11230:
11227:
11212:
11187:
11175:
11160:
11151:
11143:
11122:
11119:
11110:
11092:
11030:
11008:
10990:
10948:{\displaystyle {\boldsymbol {v}}_{i+1}}
10929:
10900:
10849:
10846:
10827:
10796:
10777:
10715:
10686:
10639:
10608:
10589:
10562:
10559:
10522:
10503:
10476:
10439:
10420:
10384:
10335:
10304:
10282:
10251:
10233:
10218:
10196:
10184:
10169:
10150:
10114:
10009:
9984:
9945:
9882:
9813:
9786:
9757:
9737:
9710:
9659:
9637:
9611:
9592:
9563:
9551:
9532:
9489:
9477:
9462:
9437:
9415:
9389:
9369:
9357:
9342:
9317:
9295:
9269:
9257:
9242:
9223:
9187:
9175:
9160:
9145:
8615:
8603:
8588:
8548:
8519:
8496:
8465:
8250:
8218:
8215:
8196:
8181:
8155:
8133:
8097:
8085:
8070:
8055:
8023:
8001:
7975:
7960:
7931:
7902:
7899:
7890:
7876:
7760:
7720:
7717:
7698:
7620:
7582:
7267:
7236:
7217:
7203:
7176:
7132:
7112:
7097:
7094:
7050:
7029:
7014:
6976:
6973:
6941:
6855:
6834:
6831:
6812:
6761:
6758:
6721:
6698:
6656:
6636:
6621:
6580:
6568:
6553:
6550:
6535:
6500:
6491:
6438:
6423:
6408:
6372:
6218:
6044:
6029:
6003:
5988:
5982:
5960:
5806:
5783:
5731:
5728:
5709:
5675:
5660:
5657:
5638:
5618:
5615:
5596:
5551:
4721:
4706:
4703:
4684:
4664:
4661:
4642:
4597:
4174:
4159:
4156:
4137:
4123:
4120:
4101:
4056:
4041:
3965:
3902:
3872:
3856:{\displaystyle {\boldsymbol {p}}_{k,0}}
3837:
3804:
3789:
3786:
3767:
3741:
3738:
3719:
3662:
3641:
3600:
3565:
3550:
3547:
3528:
3514:
3511:
3492:
3453:
3438:
3409:
3377:
3362:
3359:
3340:
3326:
3323:
3304:
3286:
3271:
3242:
3210:
3141:
3122:
3061:
3042:
2935:
2932:
2913:
2851:
2848:
2829:
2799:
2796:
2777:
2717:
2714:
2695:
2665:
2662:
2643:
2613:
2610:
2591:
2528:
2495:
2480:
2465:
2401:
2398:
2379:
2277:
2262:
2243:
2207:
2192:
2120:
2115:
2102:
2053:
2040:
2028:
2023:
2010:
1978:
1959:
1904:
1878:
1835:
1823:is a hyperplane spanned by the vectors
1803:
1784:
1726:
1689:
1567:
1552:
1537:
1523:
1494:
1479:
1464:
1402:
1396:
1372:
1354:
1329:
1320:
1312:
1292:
1289:
1280:
1260:
1225:
1210:
1195:
1159:
1156:
1131:
1106:
1085:
1060:
1035:
1011:
1008:
989:
975:
956:
900:
897:
888:
874:
845:
783:
754:
729:
714:
681:
649:
643:
625:
608:
605:
596:
575:
517:
502:
467:
438:
399:
327:
314:
302:
297:
284:
234:
221:
209:
204:
191:
179:
108:
78:
53:
45:
42:
13622:
8510:is symmetric positive-definite, so is
5228:is perpendicular to the tangent, thus
4377:
4344:
3422:{\displaystyle {\boldsymbol {p}}_{20}}
3255:{\displaystyle {\boldsymbol {p}}_{10}}
672:Geometrically, we start at some point
415:{\displaystyle {\boldsymbol {A}}^{-1}}
157:
124:{\displaystyle {\boldsymbol {A}}^{-1}}
13444:
12841:{\displaystyle {\boldsymbol {p}}_{i}}
12345:{\displaystyle {\boldsymbol {r}}_{i}}
12313:{\displaystyle {\boldsymbol {p}}_{i}}
12284:{\displaystyle {\boldsymbol {r}}_{i}}
12255:{\displaystyle {\boldsymbol {p}}_{i}}
11786:{\displaystyle {\boldsymbol {p}}_{i}}
10913:{\displaystyle {\boldsymbol {r}}_{i}}
10728:{\displaystyle {\boldsymbol {p}}_{i}}
10699:{\displaystyle {\boldsymbol {r}}_{i}}
10397:{\displaystyle {\boldsymbol {p}}_{i}}
10127:{\displaystyle {\boldsymbol {x}}_{i}}
9895:{\displaystyle {\boldsymbol {p}}_{i}}
8561:{\displaystyle {\boldsymbol {H}}_{i}}
8532:{\displaystyle {\boldsymbol {H}}_{i}}
8478:{\displaystyle {\boldsymbol {v}}_{i}}
7944:{\displaystyle {\boldsymbol {x}}_{0}}
6954:{\displaystyle {\boldsymbol {v}}_{i}}
6385:{\displaystyle {\boldsymbol {r}}_{0}}
3223:{\displaystyle {\boldsymbol {p}}_{0}}
1917:{\displaystyle {\boldsymbol {p}}_{i}}
858:{\displaystyle {\boldsymbol {x}}_{0}}
796:{\displaystyle {\boldsymbol {p}}_{1}}
694:{\displaystyle {\boldsymbol {x}}_{0}}
480:{\displaystyle {\boldsymbol {p}}_{0}}
451:{\displaystyle {\boldsymbol {x}}_{0}}
13417:
9694:It is now important to observe that
4894:By construction, it would mean that
3956:for notational cleanness, obtaining
2170:. The condition of tangency is then:
13635:Optimization algorithms and methods
12819:Similarly, due to the conjugacy of
1594:pick the directions to be a set of
865:, and compute the initial residual
13:
13303:
13264:
13208:
13138:
13079:
13043:
12950:
12874:
12773:
12740:
12690:
12612:
12562:
12529:
12448:
12378:
12141:
12065:
12001:
11934:
11915:
11871:
11813:
11703:
11613:
11428:
10838:
10788:
8207:
7709:
7631:
6823:
6526:
6523:
6520:
6517:
6482:
6295:
6258:
6153:
6122:
5720:
5649:
5607:
5274:
5071:
5003:
4853:
4842:
4695:
4653:
4148:
4112:
3891:
3778:
3730:
3539:
3503:
3351:
3315:
3133:
3053:
2924:
2840:
2788:
2706:
2654:
2602:
2390:
2348:
2236:
2108:
2046:
2016:
1000:
967:
836:Start by picking an initial guess
702:tangent to the contour ellipsoid.
636:
586:
320:
290:
227:
197:
14:
13651:
8503:{\displaystyle {\boldsymbol {A}}}
8162:{\displaystyle {\boldsymbol {A}}}
8140:{\displaystyle {\boldsymbol {A}}}
4947:
2001:Given an ellipsoid with equation
1885:{\displaystyle {\boldsymbol {c}}}
85:{\displaystyle {\boldsymbol {A}}}
8873:with convenient recurrences for
6317:
6302:
6285:
6265:
6242:
6197:
6165:
6159:
6143:
6129:
6112:
6087:Plugging lemmas 1-3 in, we have
5931:
5928:
5903:
5882:
5536:
5501:
5484:
5469:
5452:
5412:
5391:
5376:
5341:
5320:
5305:
5254:
5237:
5221:{\displaystyle \mathbf {r} _{j}}
5208:
5173:
5152:
5137:
5121:{\displaystyle \mathbf {x} _{j}}
5108:
5051:
5034:
4983:
4966:
4924:
4903:
4764:
4576:
4558:
4555:
4530:
4509:
4455:
4430:
4409:
4388:
4385:
4366:
4352:
4333:
4266:
4251:
4234:
4231:
4222:
4208:
4012:
4009:
4000:
3986:
1998:falls exactly on the ellipsoid.
1892:is the center of the ellipsoid.
13346:This completes the derivation.
4736:
4573:
4506:
4470:
4406:
4314:
2347:
1666:-dimensional ellipsoids, where
429:, where we start at some point
13356:
13180:
13144:
12945:
12898:
12685:
12632:
12443:
12399:
11721:
11687:
11631:
11597:
11569:
11529:
11446:
11412:
11197:
11155:
10025:
9979:
9669:
9629:
9447:
9407:
9327:
9287:
8033:
7993:
6850:
6807:
6510:
6487:
4869:
4848:
4492:
4477:
3912:
3897:
2341:
2320:
2300:
2247:
2231:
2177:
1645:Two conjugate diameters of an
1364:
1324:
618:
592:
537:
497:
425:The simplest method is greedy
259:
183:
175:
1:
13408:Shewchuk, Jonathan Richard. "
13349:
10920:is essentially a multiple of
4828:{\displaystyle \alpha _{k}=0}
1638:is the number of dimensions.
1596:mutually conjugate directions
1448:{\displaystyle \alpha _{i}=0}
13362:Conjugate Direction Methods
12323:Due to the orthogonality of
6963:Gram-Schmidt orthogonalizing
1649:. Each edge of the bounding
28:for numerically solving the
7:
12233:with respect to the scaled
12199:{\displaystyle \alpha _{i}}
11793:, it suffices to show that
7079:followed by normalization.
3828:The most natural choice of
823:{\displaystyle \alpha _{1}}
10:
13656:
13507:System of linear equations
12226:{\displaystyle \beta _{i}}
9922:{\displaystyle \zeta _{i}}
6359:The general Arnoldi method
6344:
3863:is the gradient. That is,
1756:. In other words, for any
133:conjugate direction method
13576:
13558:Cache-oblivious algorithm
13540:
13499:
13478:
8121:The direct Lanczos method
6341:Arnoldi/Lanczos iteration
5873:By construction, we have
5367:is a linear transform of
1422:It is possibly true that
22:conjugate gradient method
13630:Numerical linear algebra
13609:General purpose software
13472:Numerical linear algebra
11764:To see the conjugacy of
6392:and gradually builds an
2145:for some other constant
1657:to one of the diameters.
18:numerical linear algebra
12848:, it is necessary that
12352:, it is necessary that
10754:{\displaystyle i\neq j}
8171:upper Hessenberg matrix
3106:{\displaystyle i\neq j}
3021:{\displaystyle \ddots }
2992:{\displaystyle \vdots }
2969:{\displaystyle \cdots }
2885:{\displaystyle \cdots }
2751:{\displaystyle \cdots }
2567:{\displaystyle \cdots }
2446:{\displaystyle i\neq j}
774:, pick a new direction
487:somehow, then minimize
139:, and variation of the
13426:(2nd ed.). SIAM.
13337:
12981:
12842:
12810:
12476:
12346:
12314:
12285:
12256:
12227:
12200:
12167:
11838:
11787:
11755:
11070:
11069:{\displaystyle i>0}
11044:
10975:
10949:
10914:
10882:
10755:
10729:
10700:
10668:
10398:
10358:
10128:
10096:
9923:
9896:
9864:
9685:
9507:
9201:
9127:
8921:
8894:
8864:
8562:
8533:
8504:
8479:
8447:
8232:
8163:
8141:
8111:
8040:
7945:
7916:
7858:
7653:
7151:
7073:
6996:
6955:
6926:
6925:{\displaystyle i>1}
6897:
6806:
6680:
6603:
6461:
6386:
6331:
6182:
6077:
5945:
5861:
5689:
5590:
5515:
5432:
5361:
5290:
5222:
5193:
5122:
5087:
5019:
4938:
4882:
4829:
4793:
4636:
4188:
4095:
4026:
3950:
3919:
3857:
3818:
3713:
3626:
3579:
3486:
3423:
3391:
3256:
3224:
3187:
3161:
3107:
3081:
3022:
2993:
2970:
2949:
2886:
2865:
2813:
2752:
2731:
2679:
2627:
2568:
2515:
2447:
2421:
2364:
2164:
2139:
2087:
2067:
1992:
1945:
1918:
1886:
1864:
1817:
1770:
1746:
1658:
1632:
1612:
1587:
1514:
1449:
1416:
1245:
1177:
914:
859:
824:
797:
768:
695:
666:
544:
481:
452:
416:
381:
361:
341:
268:
247:
125:
86:
61:
13604:Specialized libraries
13517:Matrix multiplication
13512:Matrix decompositions
13338:
12982:
12843:
12811:
12477:
12347:
12315:
12286:
12257:
12228:
12201:
12168:
11839:
11788:
11756:
11071:
11045:
10976:
10950:
10915:
10883:
10756:
10730:
10701:
10669:
10399:
10359:
10129:
10097:
9924:
9897:
9865:
9686:
9508:
9202:
9128:
8922:
8920:{\displaystyle d_{i}}
8895:
8893:{\displaystyle c_{i}}
8865:
8563:
8534:
8505:
8480:
8448:
8233:
8164:
8142:
8112:
8041:
7946:
7917:
7859:
7654:
7152:
7074:
6997:
6956:
6927:
6898:
6780:
6681:
6604:
6462:
6387:
6345:Further information:
6332:
6183:
6078:
5946:
5862:
5695:, now apply lemma 1.
5690:
5564:
5516:
5433:
5362:
5291:
5223:
5194:
5123:
5088:
5020:
4939:
4883:
4830:
4794:
4616:
4189:
4069:
4027:
3951:
3920:
3858:
3819:
3687:
3627:
3580:
3466:
3424:
3392:
3257:
3225:
3188:
3162:
3108:
3082:
3023:
2994:
2971:
2950:
2887:
2866:
2814:
2753:
2732:
2680:
2628:
2569:
2516:
2448:
2422:
2365:
2165:
2140:
2088:
2068:
1993:
1946:
1944:{\displaystyle t_{i}}
1919:
1887:
1865:
1818:
1771:
1747:
1644:
1633:
1613:
1588:
1515:
1450:
1417:
1246:
1178:
915:
860:
825:
798:
769:
696:
667:
545:
482:
453:
417:
382:
362:
342:
267:
248:
126:
87:
62:
13402:10.6028/jres.049.044
12994:
12852:
12823:
12489:
12356:
12327:
12295:
12266:
12237:
12210:
12183:
11851:
11797:
11768:
11083:
11054:
10985:
10959:
10924:
10895:
10768:
10739:
10710:
10681:
10411:
10379:
10141:
10109:
9936:
9906:
9877:
9701:
9523:
9214:
9140:
8934:
8904:
8877:
8583:
8543:
8514:
8492:
8460:
8245:
8176:
8151:
8129:
8050:
8046:and the new iterate
7955:
7926:
7871:
7669:
7167:
7089:
7006:
6968:
6936:
6910:
6906:In other words, for
6693:
6616:
6477:
6400:
6367:
6192:
6091:
5955:
5877:
5704:
5531:
5447:
5371:
5300:
5232:
5203:
5132:
5103:
5029:
4961:
4898:
4839:
4806:
4198:
4036:
3960:
3949:{\displaystyle -1/2}
3929:
3867:
3832:
3636:
3632:, then modify it to
3595:
3433:
3429:, then modify it to
3404:
3266:
3262:, then modify it to
3237:
3205:
3195:Gram–Schmidt process
3171:
3117:
3091:
3037:
3012:
2983:
2960:
2908:
2876:
2824:
2772:
2742:
2690:
2638:
2586:
2558:
2529:Gram–Schmidt process
2523:Gaussian elimination
2460:
2431:
2374:
2174:
2149:
2097:
2077:
2005:
1955:
1928:
1899:
1874:
1827:
1780:
1760:
1674:
1622:
1602:
1532:
1524:Conjugate directions
1459:
1426:
1255:
1190:
927:
869:
840:
807:
778:
709:
676:
554:
491:
462:
433:
394:
371:
351:
279:
169:
103:
99:, without computing
74:
38:
13491:Numerical stability
13308:
13269:
13213:
13143:
13084:
13048:
12879:
12778:
12745:
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