A quasi-Toeplitz $M$-matrix $A$ is an infinite $M$-matrix that can be written as the sum of a semi-infinite Toeplitz matrix and a correction matrix. This paper is concerned with computing the square root of invertible quasi-Toeplitz $M$-matrices which preserves the quasi-Toeplitz structure. We show that the Toeplitz part of the square root can be easily computed through evaluation/interpolation at the $m$ roots of unity. This advantage allows to propose algorithms solely for the computation of correction part, whence we propose a fixed-point iteration and a structure-preserving doubling algorithm. Additionally, we show that the correction part can be approximated by solving a nonlinear matrix equation with coefficients of finite size followed by extending the solution to infinity. Numerical experiments showing the efficiency of the proposed algorithms are performed.


翻译:一个拟-Toeplitz M-矩阵是一个可以写成半无限Toeplitz矩阵和修正矩阵之和的无限M-矩阵。本文关注于计算保持拟-Toeplitz结构的可逆拟-Toeplitz M-矩阵的平方根。我们表明,平方根的Toeplitz部分可以通过在单位根上的插值/求值来轻松计算。这种优势允许我们仅提出了计算修正部分的算法,包括一种固定点迭代和一种保结构加倍算法。此外,我们还表明,可以通过求解有限尺寸系数的非线性矩阵方程来近似修正部分,然后将其扩展到无限情况。进行了数值实验以展示所提出算法的效率。

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