In an iterative approach for solving linear systems with ill-conditioned, symmetric positive definite (SPD) kernel matrices, both fast matrix-vector products and fast preconditioning operations are required. Fast (linear-scaling) matrix-vector products are available by expressing the kernel matrix in an $\mathcal{H}^2$ representation or an equivalent fast multipole method representation. Preconditioning such matrices, however, requires a structured matrix approximation that is more regular than the $\mathcal{H}^2$ representation, such as the hierarchically semiseparable (HSS) matrix representation, which provides fast solve operations. Previously, an algorithm was presented to construct an HSS approximation to an SPD kernel matrix that is guaranteed to be SPD. However, this algorithm has quadratic cost and was only designed for recursive binary partitionings of the points defining the kernel matrix. This paper presents a general algorithm for constructing an SPD HSS approximation. Importantly, the algorithm uses the $\mathcal{H}^2$ representation of the SPD matrix to reduce its computational complexity from quadratic to quasilinear. Numerical experiments illustrate how this SPD HSS approximation performs as a preconditioner for solving linear systems arising from a range of kernel functions.


翻译:在解决线性系统的迭代方法中,以条件欠佳、正对正确定(SPD)内核矩阵,即快速矩阵-矢量计产品和快速先决条件操作。快速(线性缩放)矩阵-矢量器产品可以通过以美元表示内核矩阵,以美元表示=mathcal{H ⁇ 2$或等效的快速多极法表示。但是,这种矩阵需要结构化矩阵近似基数,比美元/mathcal{H ⁇ 2$的表示法更经常,例如提供快速解算操作的分等级半分离(HSS)矩阵代表法。以前,用算法将HSS近似值构建为SPD核心矩阵,保证该矩阵为SPD。然而,这种算法有二次计算成本,而且仅设计用于确定内核矩阵的点的循环双分解。本文为构建SPDHSS的近似近似值提供了一种一般算法。 算法使用SPD矩阵的 $\mathcal{H ⁇ 2$lational 代表法,从SPD missionalimalimalimalimal exal exing systealationsmactal 将Suplationsmactalizmactalmilling sqalmactalmalmalmalmal 演算出一个从S.

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