In this work, we study several variants of matrix reduction via Gaussian elimination that try to keep the reduced matrix sparse. The motivation comes from the growing field of topological data analysis where matrix reduction is the major subroutine to compute barcodes. We propose two novel variants of the standard algorithm, called swap and retrospective reductions, which improve upon state-of-the-art techniques on several examples in practice. We also present novel output-sensitive bounds for the retrospective variant which better explain the discrepancy between the cubic worst-case complexity bound and the almost linear practical behavior of matrix reduction. Finally, we provide several constructions on which one of the variants performs strictly better than the others.


翻译:在这项工作中,我们研究了通过高森消除方法减少矩阵数的几种变体,这些变体试图使减少的矩阵数少一些。动力来自不断增长的地貌学数据分析领域,其中减少矩阵数是计算条形码的主要次常规。我们提出了标准算法的两个新变体,称为互换和追溯性减法,这些变体在几个实际例子中改进了最先进的技术。我们还为回顾变体提出了新的产出敏感界限,这些变体更好地解释了最坏的立体复杂度与几乎直线化的减少矩阵实际行为之间的差异。最后,我们提供了几种模型,其中一种变体的表现比其他变体的严格地好。

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