Please implement the QR algorithm as an Eigen-Decomposition function and provide the code for the implementation python代码,中文注释,解释原理
时间: 2024-03-17 11:41:31 浏览: 79
好的,我来解答这个问题。QR算法是一种用于求解矩阵特征值和特征向量的迭代算法。下面是Python代码实现,其中包含中文注释和解释原理:
```python
import numpy as np
# QR分解函数
def qr_decomposition(A):
n = A.shape[0] # 矩阵A的行数
Q = np.eye(n) # 初始化正交阵Q为单位矩阵
R = A.copy() # 初始化上三角矩阵R为A的副本
for i in range(n-1):
# 构造Givens旋转矩阵
x,y = R[i,i], R[i+1,i]
c,s = x/np.sqrt(x**2 + y**2), -y/np.sqrt(x**2 + y**2)
G = np.array([[c, -s], [s, c]])
# 对R进行Givens旋转变换
R[[i,i+1],i:] = G @ R[[i,i+1],i:]
# 对Q进行Givens旋转变换
Q[:,[i,i+1]] = Q[:,[i,i+1]] @ G.T
return Q,R
# QR算法求解特征值和特征向量
def qr_algorithm(A, eps=1e-10, max_iters=1000):
n = A.shape[0] # 矩阵A的行数
V = np.eye(n) # 初始化特征向量V为单位矩阵
for i in range(max_iters):
Q,R = qr_decomposition(A) # 进行QR分解
A = R @ Q # 更新A的值
# 判断是否满足停止条件
if np.abs(np.triu(A, k=1)).max() < eps:
break
# 更新特征向量V的值
V = V @ Q
# 提取特征值和特征向量
eigenvalues = np.diag(A)
eigenvectors = V
return eigenvalues, eigenvectors
```
这段代码首先定义了一个QR分解函数`qr_decomposition`,用于将一个矩阵分解为正交矩阵Q和上三角矩阵R的乘积。这里采用了Givens旋转矩阵的方式进行QR分解。
然后定义了一个QR算法函数`qr_algorithm`,用于迭代求解矩阵的特征值和特征向量。算法的停止条件是矩阵的上三角部分的元素的绝对值都小于某个阈值,表示矩阵已经趋近于对角矩阵,此时可以认为求解已经收敛。
最后提取出矩阵A的特征值和特征向量,并返回它们的值。
需要注意的是,这个QR算法实现并不是最优的,它只是为了展示QR算法的基本思想和实现方式。在实际应用中,我们可能需要对算法进行优化,以提高它的效率和稳定性。
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