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과학

크릴로프 부분공간

크릴로프 부분공간과학
영문명
Krylov subspace
생성 벡터
v, Av, …, A^(k-1)v
차원
k 이하
시작점의 영향
v가 만드는 방향에 따라 달라짐
크릴로프 부분공간은 시작 벡터에 행렬을 반복해서 곱해 얻은 벡터들의 선형결합으로 이루어진 공간이다. K(k)(A,v) = span{v, Av, …, A^(k-1)v}로 정의한다. 큰 행렬의 선형 시스템이나 고유값 문제를 작은 공간에서 근사하는 반복법의 바탕이다.

벡터들을 보관하는 것 이상의 의미

부분공간은 나열된 벡터들만을 뜻하지 않는다. 그 벡터들에 임의의 계수를 곱해 더한 모든 벡터가 포함된다. 다음 곱을 추가하면 공간은 그대로이거나 더 커지며, 벡터를 하나 추가할 때마다 반드시 차원이 늘어나는 것은 아니다.

두 방향이 생기는 예제

A를 대각 원소가 2와 5인 행렬, v를 (1,1)로 두자. Av는 (2,5)이며 v와 나란하지 않다. 따라서 K(2)는 이차원 공간 전체다. 임의의 (a,b)를 αv+βAv로 쓰려면 β=(b-a)/3, α=(5a-2b)/3으로 두면 된다.

시작 벡터가 제한하는 경우

같은 행렬에서도 v=(1,0)이면 Av=(2,0), A²v=(4,0)이다. 곱셈을 더 해도 둘째 좌표 방향은 생기지 않는다. 행렬에 고유값 5가 존재하더라도 이 시작 벡터로 만든 공간에는 그 방향이 들어오지 않는다.

작은 고유값 문제로 압축하기

공간의 직교정규 기저를 열로 모은 Q에 대해 QᵀAQ를 계산하면 작은 행렬을 얻는다. 원래 행렬을 곱한 결과를 선택한 공간으로 정사영한 표현이다. 이 작은 행렬의 고유값을 구했다고 원래 문제의 정확한 고유값을 모두 얻은 것은 아니다. 근사 고유벡터의 잔차도 확인해야 한다.

관련 문서

벡터 공간 / 선형결합 / 거듭제곱법 / 켤레기울기법 / GMRES / 고유값 / 직교행렬