This paper proposes a new algorithm, named Householder Dice (HD), for simulating dynamics on dense random matrix ensembles with translation-invariant properties. Examples include the Gaussian ensemble, the Haar-distributed random orthogonal ensemble, and their complex-valued counterparts. A "direct" approach to the simulation, where one first generates a dense $n \times n$ matrix from the ensemble, requires at least $\mathcal{O}(n^2)$ resource in space and time. The HD algorithm overcomes this $\mathcal{O}(n^2)$ bottleneck by using the principle of deferred decisions: rather than fixing the entire random matrix in advance, it lets the randomness unfold with the dynamics. At the heart of this matrix-free algorithm is an adaptive and recursive construction of (random) Householder reflectors. These orthogonal transformations exploit the group symmetry of the matrix ensembles, while simultaneously maintaining the statistical correlations induced by the dynamics. The memory and computation costs of the HD algorithm are $\mathcal{O}(nT)$ and $\mathcal{O}(nT^2)$, respectively, with $T$ being the number of iterations. When $T \ll n$, which is nearly always the case in practice, the new algorithm leads to significant reductions in runtime and memory footprint. Numerical results demonstrate the promise of the HD algorithm as a new computational tool in the study of high-dimensional random systems.
翻译:本文提出一个新的算法, 名为“ 住户数据 ” (HD), 用于模拟含有翻译变量属性的密集随机矩阵的动态。 例如, Hausian 组合组合, Haar 分布的随机正方形组合, 以及它们具有复杂价值的对应方。 模拟的“ 直接 ” 方法, 即首先产生一个从共同点产生的密度 $\ times n$ 矩阵, 需要至少$\ mathcal{O} (n%2) 在空间和时间上的资源。 Hd 算法克服了这个 $mathcal{O} (n2) 的瓶颈, 使用推迟决定的原则: 而不是提前固定整个随机矩阵, 让它随动态而随机地展开。 在这种矩阵自由算法的核心是( random) 住户反射器的适应和循环构造。 这些或二次的变形变式, 利用矩阵组合的组合的对数, 同时保持由动态原则引发的统计相关性 $mall {O} 数值 的缩算算算算算算 。 。 在 美元 值 中, 值 值 值 值 值 值 值 值 值 和 值 值 值 值 值 值 值 值 值 值 值 值 值 值 值 值 值 值 的 值 值 值 值 值 值 值 值 值 值 值 值 值 值 值 值 值 值 值 值 值 值 值 值 值 值 值 值 值 值 值 值 值 值 值 值 值 值 值 值 值 值 值 值 值 值 值 值 值 值 值 值 值 值 值 值 值 值 值 值 值 值 值 值 值 值 值 值 值 值 值 值 值 值 值 值 值 值 值 值 值 值 值 值 值 值 值 值 值 值 值 值 值 值 值 值 值 值 值