This article proposes and analyzes several variants of the randomized Cholesky QR factorization of a matrix $X$. Instead of computing the R factor from $X^T X$, as is done by standard methods, we obtain it from a small, efficiently computable random sketch of $X$, thus saving computational cost and improving numerical stability. The proposed direct variant of the randomized Cholesky QR requires only half the flops and data passes, and the same communication cost as the classical Cholesky QR. At the same time, it is more robust since it is guaranteed to be stable whenever the input matrix is numerically full-rank. The rank-revealing randomized Cholesky QR variant has the ability to sort out the linearly dependent columns of $X$, which allows to have an unconditional numerical stability and reduce the computational cost when $X$ is rank-deficient. We also depict a column-oriented randomized Cholesky QR that establishes the connection with the randomized Gram-Schmidt process, and a reduced variant that outputs a low-dimensional projection of the Q factor rather than the full factor and therefore yields drastic computational savings. It is shown that performing minor operations in higher precision in the proposed algorithms can allow stability with working unit roundoff independent of the dominant matrix dimension. This feature may be of particular interest for a QR factorization of tall-and-skinny matrices on low-precision architectures.


翻译:本文章提出并分析了一个基数$X的随机Cholesky QR QR 系数的几种变体。 我们不是像标准方法那样用XQTX美元计算R系数,而是从一个小的、高效的随机草图(X美元)中获取R系数,这样可以节省计算成本,提高数字稳定性。 随机的Choolesky QR 直接变体只要求一半的软盘和数据流,而与古典Cholesky QR 的通信成本相同。 同时,它之所以更加稳健,是因为只要输入矩阵在数字上排位时,R系数就会保持稳定。 级别上随机随机随机的Choalski QR变体能够从线性依赖的一列中分辨出美元X$的随机随机随机随机随机随机随机随机随机随机随机随机随机随机随机随机草图,从而节省计算费用,从而在X美元是级时,我们还描述了一个以专栏为主的Cholesky QR QR 高的通信成本,因此在低维值矩阵上显示一个低位数的计算模型的计算模型,从而可以使低位的计算要素的计算要素的精确度的计算成一个稳定的模型。

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