The Gaussian Elimination with Partial Pivoting (GEPP) is a classical algorithm for solving systems of linear equations. Although in specific cases the loss of precision in GEPP due to roundoff errors can be very significant, empirical evidence strongly suggests that for a {\it typical} square coefficient matrix, GEPP is numerically stable. We obtain a (partial) theoretical justification of this phenomenon by showing that, given the random $n\times n$ standard Gaussian coefficient matrix $A$, the {\it growth factor} of the Gaussian Elimination with Partial Pivoting is at most polynomially large in $n$ with probability close to one. This implies that with probability close to one the number of bits of precision sufficient to solve $Ax = b$ to $m$ bits of accuracy using GEPP is $m+O(\log n)$, which improves an earlier estimate $m+O(\log^2 n)$ of Sankar, and which we conjecture to be optimal by the order of magnitude. We further provide tail estimates of the growth factor which can be used to support the empirical observation that GEPP is more stable than the Gaussian Elimination with no pivoting.


翻译:虽然在特定情况下,由于四舍五入差错而导致GEPP的精确度损失可能非常大,但实证证据表明,对于一个(S)典型的正方系数矩阵,GEPP在数字上是稳定的。我们从理论上(部分)从理论上为这一现象找到一个(部分)理由,即,鉴于随机的美元乘以标准标值的Gausian系数矩阵($美元),用部分饱和因数矩阵($A$),用部分饱和因数乘以增长因数}计算的GESP的纯度增长因数最大,以美元计算,概率接近于一美元。这意味着,如果概率接近于一个位数,则GEPPP足以解决$x=b美元至m美元精确度的精确度比数,使用GEPPP的精确度为$+O(\log n)美元,这提高了桑卡尔早先估计的美元+O(log_2n)美元估计数,我们推测按数量排列为最佳。我们进一步提供增长因素的尾数估计,因为GOPIPO的使用不能更稳定地用来支持GOP。

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