We establish a new perturbation theory for orthogonal polynomials using a Riemann-Hilbert approach and consider applications in numerical linear algebra and random matrix theory. We show that the orthogonal polynomials with respect to two measures can be effectively compared using the difference of their Stieltjes transforms on a suitably chosen contour. Moreover, when two measures are close and satisfy some regularity conditions, we use the theta functions of a hyperelliptic Riemann surface to derive explicit and accurate expansion formulae for the perturbed orthogonal polynomials. The leading error terms can be fully characterized by the difference of the Stieltjes transforms on the contour. The results are applied to analyze several numerical algorithms from linear algebra, including the Lanczos tridiagonalization procedure, the Cholesky factorization and the conjugate gradient algorithm (CGA). As a case study, we investigate these algorithms applied to a general spiked sample covariance matrix model by considering the eigenvector empirical spectral distribution and its limit, allowing for precise estimates on the algorithms as the number of iterations diverges. For this concrete random matrix model, beyond the first order expansion, we derive a mesoscopic central limit theorem for the associated orthogonal polynomials and other quantities relevant to numerical algorithms.


翻译:使用 Riemann- Hilbert 方法,我们为正弦多面体为正弦多面体建立一种新的扰动理论,并审议数字线性变数和随机矩阵理论的应用。我们显示,对两种计量的正弦多面体可以有效地比较,使用其 Stieltjes 变异在适当选择的轮廓上的差别。此外,当两个计量接近并满足某种规律性条件时,我们使用超软体性里叶曼表面的功能,为过激或多面多面性多面性计算出清晰和准确的扩展公式。主要误差条件可以完全以 Stieltjes 在等离子体上的变异性为特征。结果用于分析线性变数数的数值算法,包括兰焦三三对映化程序、高端因子因子化和二次曲线梯度相关算法(CGAGA)。作为案例研究,我们通过考虑相关模型的易位数矩阵缩缩缩算法模型、我们用于其他总钉定形变数矩阵缩缩缩缩缩算法的算法。

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随着科学技术的迅速发展,古典的线性代数知识已不能满足现代科技的需要,矩阵的理论和方法业已成为现代科技领域必不可少的工具。诸如数值分析、优化理论、微分方程、概率统计、控制论、力学、电子学、网络等学科领域都与矩阵理论有着密切的联系,甚至在经济管理、金融、保险、社会科学等领域,矩阵理论和方法也有着十分重要的应用。当今电子计算机及计算技术的迅速发展为矩阵理论的应用开辟了更广阔的前景。因此,学习和掌握矩阵的基本理论和方法,对于工科研究生来说是必不可少的。全国的工科院校已普遍把“矩阵论”作为研究生的必修课。
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