We study a preconditioner for a Hermitian positive definite linear system, which is obtained as the solution of a matrix nearness problem based on the Bregman log determinant divergence. The preconditioner is on the form of a Hermitian positive definite matrix plus a low-rank matrix. For this choice of structure, the generalised eigenvalues of the preconditioned system are easily calculated, and we show that the preconditioner is optimal in the sense that it minimises the $\ell_2$ condition number of the preconditioned matrix. We develop practical numerical approximations of the preconditioner based on the randomised singular value decomposition (SVD) and the Nystr\"om approximation and provide corresponding approximation results. Furthermore, we prove that the Nystr\"om approximation is in fact also a matrix approximation in a range-restricted Bregman divergence and establish several connections between this divergence and matrix nearness problems in different measures. Numerical examples are provided to support the theoretical results.


翻译:我们研究了一个Hermitian正定线性系统的预条件器,该预条件器是基于Bregman对数行列式散度的矩阵邻近问题的解得到的。预条件器由一个Hermitian正定矩阵和一个低秩矩阵组成。对于这种结构的选择,预条件化系统的广义特征值可以轻松地计算,我们证明该预条件器是最优的,因为它最小化了预条件矩阵的$\ell_2$条件数。我们基于随机奇异值分解(SVD)和Nyström近似提供了实际的数值逼近预条件器,并提供了相应的逼近结果。此外,我们证明了Nyström近似实际上也是基于一种范围约束Bregman散度的矩阵近似,并在不同度量的矩阵邻近问题之间建立了几个连接。数值示例支持理论结果。

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