Factorization of large dense matrices are ubiquitous in engineering and data science applications, e.g. preconditioners for iterative boundary integral solvers, frontal matrices in sparse multifrontal solvers, and computing the determinant of covariance matrices. HSS and $\mathcal{H}^2$-matrices are hierarchical low-rank matrix formats that can reduce the complexity of factorizing such dense matrices from $\mathcal{O}(N^3)$ to $\mathcal{O}(N)$. For HSS matrices, it is possible to remove the dependency on the trailing matrices during Cholesky/LU factorization, which results in a highly parallel algorithm. However, the weak admissibility of HSS causes the rank of off-diagonal blocks to grow for 3-D problems, and the method is no longer $\mathcal{O}(N)$. On the other hand, the strong admissibility of $\mathcal{H}^2$-matrices allows it to handle 3-D problems in $\mathcal{O}(N)$, but introduces a dependency on the trailing matrices. In the present work, we pre-compute the fill-ins and integrate them into the shared basis, which allows us to remove the dependency on trailing-matrices even for $\mathcal{H}^2$-matrices. Comparisons with a block low-rank factorization code LORAPO showed a maximum speed up of 4,700x for a 3-D problem with complex geometry.


翻译:在工程和数据科学应用中,大型密度基质的量化是无处不在的,例如,迭代边界整体溶剂的先决条件,分散的多前沿溶剂的前质基质,以及计算共差基质的决定因素。HSS和$\mathcal{H ⁇ 2$-maters是等级低级的基质格式,可以将这种密集基质的系数从$\mathcal{O}(N3)3美元降低到$\mathcal{H ⁇ 2$(N)美元。对于HSS 基质,有可能在Cholesky/LU因素化期间消除对尾端基质基质的依赖,从而形成高度平行的算法。然而,HSS的可接受性弱导致非直径区块的等级为3D问题增长,而该方法已不再是$\mathcal{O}(N)美元。另一方面,$mathcalcalcal=2$(H_2美元)-macricreates 允许它处理$\macal calalalizal=x $(NN_N_xxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxx

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