A new approach to solving eigenvalue optimization problems for large structured matrices is proposed and studied. The class of optimization problems considered is related to computing structured pseudospectra and their extremal points, and to structured matrix nearness problems such as computing the structured distance to instability or to singularity. The structure can be a general linear structure and includes, for example, large matrices with a given sparsity pattern, matrices with given range and co-range, and Hamiltonian matrices. Remarkably, the eigenvalue optimization can be performed on the manifold of complex (or real) rank-1 matrices, which yields a significant reduction of storage and in some cases of the computational cost. The method relies on a constrained gradient system and the projection of the gradient onto the tangent space of the manifold of complex rank-$1$ matrices. It is shown that near a local minimizer this projection is very close to the identity map, and so the computationally favorable rank-1 projected system behaves locally like the %computationally expensive gradient system.


翻译:提议并研究了解决大型结构化矩阵的精益优化问题的新办法。考虑的优化问题类别涉及结构化伪谱及其极端点的计算,以及结构化矩阵接近问题,如计算结构化的距离到不稳定或奇点的距离。结构可以是一般线性结构,包括具有特定宽度模式的大型矩阵、带有给定射程和共序的矩阵以及汉密尔顿矩阵等。值得注意的是,精益优化可以在复杂(或实值)1级矩阵的方块上进行,这导致存储量和计算成本的大幅下降。这种方法依赖于一个受限的梯度系统,并将梯度投射到复杂级-1美元矩阵的方块的正切空间上。有证据表明,在接近当地最小化器的情况下,这一预测非常接近于身份图,因此,计算上偏好的一级-1预测系统在本地的行为方式上类似于计算成本昂贵的梯度系统。

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