Consider the problem of solving systems of linear algebraic equations $Ax=b$ with a real symmetric positive definite matrix $A$ using the conjugate gradient (CG) method. To stop the algorithm at the appropriate moment, it is important to monitor the quality of the approximate solution $x_k$. One of the most relevant quantities for measuring the quality of $x_k$ is the $A$-norm of the error. This quantity cannot be easily evaluated, however, it can be estimated. In this paper we discuss and analyze the behaviour of the Gauss-Radau upper bound on the $A$-norm of the error, based on viewing CG as a procedure for approximating a certain Riemann-Stieltjes integral. This upper bound depends on a prescribed underestimate $\mu$ to the smallest eigenvalue of $A$. We concentrate on explaining a phenomenon observed during computations showing that, in later CG iterations, the upper bound loses its accuracy, and it is almost independent of~$\mu$. We construct a model problem that is used to demonstrate and study the behaviour of the upper bound in dependence of~$\mu$, and developed formulas that are helpful in understanding this behavior. We show that the above mentioned phenomenon is closely related to the convergence of the smallest Ritz value to the smallest eigenvalue of $A$. It occurs when the smallest Ritz value is a better approximation to the smallest eigenvalue than the prescribed underestimate $\mu$. We also suggest an adaptive strategy for improving the accuracy of the Gauss-Radau upper bound such that the resulting estimate approximates the quantity of interest with a prescribed relative accuracy.
翻译:考虑解决线性代数方程式系统的问题, 美元=美元=b$, 使用正正数正数确定基数, 美元为美元。 为了在适当的时候停止算法, 必须在适当的时候监测近似解算的质量 $x_ k$。 测量美元质量的最相关数量之一是 $x_ k$ 的最小值 $A$。 但是, 数量无法轻易评估。 在本文中, 我们讨论和分析Gaus- Radau 最小值与错误的美元正数值值上限的基数。 根据将 CG 视为某种接近 Riemann- Stieltjes 整体的算法程序, 这个上限值取决于对美元最小值值的最小值 。 我们集中解释一个在计算过程中观察到的现象, 在CG 后期, 最小值的底值失去准确性, 并且它几乎独立于 $ $ $ 美元 的最小值 。 我们构建了一个比 Remann- mue 最低值 的底值 的底值 的底值 的底值 值 值 值 值, 显示一个模型的比 的底值 的底值 的底值 的底值 的底值 。 我们用来显示 的底值 显示 的底值 的底值 显示的比 的比 的底值 的比 的比 的底值 的比 的比 ) 的比 的比 的比 的 的 的比 的比 的比 的比 的 的 的 的 的 的 的 的 的 的 表示 的 的 的 的 表示 的 的 的 的 的 的 表示 的 的 的 的 的 的 的 的 的 的 的 的 的 表示 的 的 的 的 的 的 的 的 的 的 的 的 的 的 的 的 的 的 的 的 表示 表示 的 表示 的 的 的 的 的 表示 表示 表示 表示 表示 表示 表示 表示 的 的 表示 表示 表示 表示 表示 表示