tf.linalg.LinearOperatorTridiag

LinearOperator, действующий как [пакетная] квадратная трёхдиагональная матрица.

Наследует от: LinearOperator, Module

tf.linalg.LinearOperatorTridiag(
    diagonals,
    diagonals_format=_COMPACT,
    is_non_singular=None,
    is_self_adjoint=None,
    is_positive_definite=None,
    is_square=None,
    name='LinearOperatorTridiag'
)

Этот оператор действует как [пакетная] квадратная трёхдиагональная матрица A с формой [B1,...,Bb, N, N] для некоторого b >= 0. Первые b индексов задают индекс элемента пакета. Для каждого индекса пакета (i1,...,ib), A[i1,...,ib, : :] является матрицей N x M. Эта матрица A не материализуется, однако её форма важна для широковещательной передачи.

Пример использования:

Создание линейного оператора 3 x 3 с трёхдиагональной матрицей.

superdiag = [3., 4., 5.]
diag = [1., -1., 2.]
subdiag = [6., 7., 8]
operator = tf.linalg.LinearOperatorTridiag(
   [superdiag, diag, subdiag],
   diagonals_format='sequence')
operator.to_dense()
<tf.Tensor: shape=(3, 3), dtype=float32, numpy=
array([[ 1.,  3.,  0.],
       [ 7., -1.,  4.],
       [ 0.,  8.,  2.]], dtype=float32)>
operator.shape
TensorShape([3, 3])

Скалярный тензор на выходе.

operator.log_abs_determinant()
<tf.Tensor: shape=(), dtype=float32, numpy=4.3307333>

Создание пакета линейных операторов 4 x 4 формы [2, 3].

diagonals = tf.random.normal(shape=[2, 3, 3, 4])
operator = tf.linalg.LinearOperatorTridiag(
  diagonals,
  diagonals_format='compact')

Создание вектора формы [2, 1, 4, 2]. Обратите внимание, что эта форма совместима, поскольку размеры пакета [2, 1] расширяются широковещательно до operator.batch_shape = [2, 3].

y = tf.random.normal(shape=[2, 1, 4, 2])
x = operator.solve(y)
x
<tf.Tensor: shape=(2, 3, 4, 2), dtype=float32, numpy=...,
dtype=float32)>

Совместимость форм

Этот оператор действует на [пакетную] матрицу совместимой формы. x является пакетной матрицей совместимой формы для matmul и solve, если

operator.shape = [B1,...,Bb] + [N, N],  with b >= 0
x.shape =   [C1,...,Cc] + [N, R],
and [C1,...,Cc] broadcasts with [B1,...,Bb].

Производительность

Пусть operator — LinearOperatorTridiag формы [N, N], а x.shape = [N, R]. Тогда

• для operator.matmul(x) потребуется время O(N * R).
• для operator.solve(x) потребуется время O(N * R).

Если же operator и x имеют форму [B1,...,Bb, N, N] и [B1,...,Bb, N, R], сложность каждой операции увеличивается на B1*...*Bb.

Подсказки о свойствах матрицы

Этот LinearOperator инициализируется булевыми флагами вида is_X для X = non_singular, self_adjoint, positive_definite, square. Они имеют следующий смысл:

• Если is_X == True, вызывающий код должен рассчитывать на то, что оператор обладает свойством X. Это обещание должно выполняться, но оно не является проверкой во время выполнения. Например, конечная точность чисел с плавающей точкой может привести к нарушению этих обещаний.
• Если is_X == False, вызывающий код должен рассчитывать на то, что оператор не обладает свойством X.
• Если is_X == None (значение по умолчанию), вызывающий код не должен делать никаких предположений.

Методы

add_to_tensor

Просмотреть исходный код

add_to_tensor(
    x, name='add_to_tensor'
)

Прибавляет матрицу, представленную этим оператором, к x. Эквивалентно A + x.

adjoint

Просмотреть исходный код

adjoint(
    name: str = 'adjoint'
) -> 'LinearOperator'

Возвращает сопряжённый оператор текущего LinearOperator.

Для A, представляющего этот LinearOperator, возвращает A*. Обратите внимание, что вызовы self.adjoint() и self.H эквивалентны.

assert_non_singular

Просмотреть исходный код

assert_non_singular(
    name='assert_non_singular'
)

Возвращает Op, проверяющий, что оператор невырожденный.

Оператор считается невырожденным, если

ConditionNumber < max{100, range_dimension, domain_dimension} * eps,
eps := np.finfo(self.dtype.as_numpy_dtype).eps

assert_positive_definite

Просмотреть исходный код

assert_positive_definite(
    name='assert_positive_definite'
)

Возвращает Op, проверяющий, что оператор положительно определён.

Здесь положительная определённость означает, что квадратичная форма x^H A x имеет положительную действительную часть для всех ненулевых x. Обратите внимание, что для положительной определённости оператор не обязан быть самосопряжённым.

assert_self_adjoint

Просмотреть исходный код

assert_self_adjoint(
    name='assert_self_adjoint'
)

Возвращает Op, проверяющий, что оператор самосопряжённый.

Здесь проверяется, что этот оператор точно равен своему эрмитово-сопряжённому.

batch_shape_tensor

Просмотреть исходный код

batch_shape_tensor(
    name='batch_shape_tensor'
)

Форма пакетных измерений этого оператора, определяемая во время выполнения.

Если этот оператор действует как пакетная матрица A с A.shape = [B1,...,Bb, M, N], возвращается Tensor, содержащее [B1,...,Bb].

cholesky

Просмотреть исходный код

cholesky(
    name: str = 'cholesky'
) -> 'LinearOperator'

Возвращает разложение Холецкого в виде LinearOperator.

Для A, представляющего этот LinearOperator, если A является положительно определённым самосопряжённым оператором, возвращает L, где A = L L^T, то есть разложение Холецкого.

cond

Просмотреть исходный код

cond(
    name='cond'
)

Возвращает число обусловленности этого линейного оператора.

determinant

Просмотреть исходный код

determinant(
    name='det'
)

Определитель для каждого элемента пакета.

diag_part

Просмотреть исходный код

diag_part(
    name='diag_part'
)

Эффективно извлекает [пакетную] диагональную часть этого оператора.

Если форма этого оператора равна [B1,...,Bb, M, N], возвращается Tensor diagonal формы [B1,...,Bb, min(M, N)], где diagonal[b1,...,bb, i] = self.to_dense()[b1,...,bb, i, i].

my_operator = LinearOperatorDiag([1., 2.])

# Efficiently get the diagonal
my_operator.diag_part()
==> [1., 2.]

# Equivalent, but inefficient method
tf.linalg.diag_part(my_operator.to_dense())
==> [1., 2.]

domain_dimension_tensor

Просмотреть исходный код

domain_dimension_tensor(
    name='domain_dimension_tensor'
)

Размерность области определения этого оператора (в смысле векторных пространств).

Определяется во время выполнения.

Если этот оператор действует как пакетная матрица A с A.shape = [B1,...,Bb, M, N], возвращается N.

eigvals

Просмотреть исходный код

eigvals(
    name='eigvals'
)

Возвращает собственные значения этого линейного оператора.

Если оператор помечен как самосопряжённый (с помощью is_self_adjoint), вычисление может быть эффективнее.

Примечание: В настоящее время поддерживаются только самосопряжённые операторы.

inverse

Просмотреть исходный код

inverse(
    name: str = 'inverse'
) -> 'LinearOperator'

Возвращает обратный оператор для этого LinearOperator.

Для A, представляющего этот LinearOperator, возвращает LinearOperator, представляющий A^-1.

log_abs_determinant

Просмотреть исходный код

log_abs_determinant(
    name='log_abs_det'
)

Логарифм модуля определителя для каждого элемента пакета.

matmul

Просмотреть исходный код

matmul(
    x, adjoint=False, adjoint_arg=False, name='matmul'
)

Преобразует [пакетную] матрицу x умножением слева: x --> Ax.

# Make an operator acting like batch matrix A.  Assume A.shape = [..., M, N]
operator = LinearOperator(...)
operator.shape = [..., M, N]

X = ... # shape [..., N, R], batch matrix, R > 0.

Y = operator.matmul(X)
Y.shape
==> [..., M, R]

Y[..., :, r] = sum_j A[..., :, j] X[j, r]

matvec

Просмотреть исходный код

matvec(
    x, adjoint=False, name='matvec'
)

Преобразует [пакетный] вектор x умножением слева: x --> Ax.

# Make an operator acting like batch matrix A.  Assume A.shape = [..., M, N]
operator = LinearOperator(...)

X = ... # shape [..., N], batch vector

Y = operator.matvec(X)
Y.shape
==> [..., M]

Y[..., :] = sum_j A[..., :, j] X[..., j]

range_dimension_tensor

Просмотреть исходный код

range_dimension_tensor(
    name='range_dimension_tensor'
)

Размерность области значений этого оператора (в смысле векторных пространств).

Определяется во время выполнения.

Если этот оператор действует как пакетная матрица A с A.shape = [B1,...,Bb, M, N], возвращается M.

shape_tensor

Просмотреть исходный код

shape_tensor(
    name='shape_tensor'
)

Форма этого LinearOperator, определяемая во время выполнения.

Если этот оператор действует как пакетная матрица A с A.shape = [B1,...,Bb, M, N], этот метод возвращает Tensor, содержащий [B1,...,Bb, M, N], эквивалентное tf.shape(A).

solve

Просмотреть исходный код

solve(
    rhs, adjoint=False, adjoint_arg=False, name='solve'
)

Решить (точно или приближенно) системы уравнений R (пакетные): A X = rhs.

Возвращаемое значение Tensor будет близко к точному решению, если A хорошо обусловлено. В противном случае степень близости будет различаться. Подробности см. в строке документации класса.

Примеры:

# Make an operator acting like batch matrix A.  Assume A.shape = [..., M, N]
operator = LinearOperator(...)
operator.shape = [..., M, N]

# Solve R > 0 linear systems for every member of the batch.
RHS = ... # shape [..., M, R]

X = operator.solve(RHS)
# X[..., :, r] is the solution to the r'th linear system
# sum_j A[..., :, j] X[..., j, r] = RHS[..., :, r]

operator.matmul(X)
==> RHS

solvevec

Просмотреть исходный код

solvevec(
    rhs, adjoint=False, name='solve'
)

Решить отдельное уравнение с максимальными усилиями: A X = rhs.

Возвращаемое значение Tensor будет близко к точному решению, если A хорошо обусловлено. В противном случае степень близости будет различаться. Подробности см. в строке документации класса.

Примеры:

# Make an operator acting like batch matrix A.  Assume A.shape = [..., M, N]
operator = LinearOperator(...)
operator.shape = [..., M, N]

# Solve one linear system for every member of the batch.
RHS = ... # shape [..., M]

X = operator.solvevec(RHS)
# X is the solution to the linear system
# sum_j A[..., :, j] X[..., j] = RHS[..., :]

operator.matvec(X)
==> RHS

tensor_rank_tensor

Просмотреть исходный код

tensor_rank_tensor(
    name='tensor_rank_tensor'
)

Ранг (в смысле тензоров) матрицы, соответствующей этому оператору.

Если этот оператор действует как пакетная матрица A с A.shape = [B1,...,Bb, M, N], этот метод возвращает b + 2.

to_dense

Просмотреть исходный код

to_dense(
    name='to_dense'
)

Вернуть плотную (пакетную) матрицу, представляющую этот оператор.

trace

Просмотреть исходный код

trace(
    name='trace'
)

След линейного оператора, равный сумме self.diag_part().

Если оператор квадратный, это также сумма собственных значений.

__getitem__

Просмотреть исходный код

__getitem__(
    slices
)

__matmul__

Просмотреть исходный код

__matmul__(
    other
)