tf.linalg.LinearOperatorCirculant3D

LinearOperator как блочно-циркулярная матрица.

Наследуется от: LinearOperator, Module

tf.linalg.LinearOperatorCirculant3D(
    spectrum, input_output_dtype=tf.dtypes.complex64, is_non_singular=None,
    is_self_adjoint=None, is_positive_definite=None, is_square=True,
    name='LinearOperatorCirculant3D'
)

Этот оператор действует как блочно-циркулярная матрица A с формой [B1,...,Bb, N, N] для некоторого b >= 0. Первые b индексы индексируют элемент пакета. Для каждого индекса пакета (i1,...,ib), A[i1,...,ib, : :] является N x N матрицей. Эта матрица A не материализуется, но для целей вещания эта форма будет актуальна.

Описание в терминах блочно-циркулярных матриц

Если A является блочно-циркулярной, с размерами блоков N0, N1, N2 (N0 * N1 * N2 = N): A имеет блочную структуру, состоящую из N0 x N0 блоков, каждый из которых является N1 x N1 блочно-циркулярной матрицей.

Например, с W, X, Y, Z каждый блок циркулярный,

A = |W Z Y X|
    |X W Z Y|
    |Y X W Z|
    |Z Y X W|

Обратите внимание, что A в общем случае не будет циркулярной.

Описание в терминах спектра частот

Существует эквивалентное описание в терминах [пакетного] спектра H и преобразований Фурье. Здесь мы рассматриваем A.shape = [N, N] и игнорируем размерности пакетов.

Если H.shape = [N0, N1, N2], (N0 * N1 * N2 = N): В общих чертах, умножение матриц равно действию множителя Фурье: A u = IDFT3[ H DFT3[u] ]. Строго говоря, задана [N, R] матрица u, пусть DFT3[u] будет [N0, N1, N2, R] Tensor определена путем переформирования u в [N0, N1, N2, R] и взятия трехмерного DFT по первым трем измерениям. Пусть IDFT3 будет обратной к DFT3. Умножение матриц можно выразить по столбцам:

(A u)_r = IDFT3[ H * (DFT3[u])_r ]

Свойства оператора, выведенные из спектра.

• Этот оператор является положительно определенным тогда и только тогда, когда Real{H} > 0.

Общее свойство преобразований Фурье заключается в соответствии между эрмитовыми функциями и вещественными преобразованиями.

Предположим H.shape = [B1,...,Bb, N0, N1, N2], мы говорим, что H является эрмитовым спектром, если с % означающим деление по модулю,

H[..., n0 % N0, n1 % N1, n2 % N2]
  = ComplexConjugate[ H[..., (-n0) % N0, (-n1) % N1, (-n2) % N2] ].

• Этот оператор соответствует вещественной матрице тогда и только тогда, когда H является эрмитовой.
• Этот оператор является самосопряженным тогда и только тогда, когда H является вещественным.

См., например, "Discrete-Time Signal Processing", Oppenheim и Schafer.

Примеры

См. LinearOperatorCirculant и LinearOperatorCirculant2D для примеров.

Производительность

Предположим operator - это LinearOperatorCirculant с формой [N, N], и x.shape = [N, R]. Тогда

• operator.matmul(x) это O(R*N*Log[N])
• operator.solve(x) это O(R*N*Log[N])
• operator.determinant() включает в себя размер N reduce_prod.

Если вместо этого operator и x имеют форму [B1,...,Bb, N, N] и [B1,...,Bb, N, R], каждая операция увеличивает сложность на B1*...*Bb.

Подсказки о свойствах матриц

Этот LinearOperator инициализируется булевыми флагами вида is_X, для X = non_singular, self_adjoint, positive_definite, square. Они имеют следующее значение

• Если is_X == True, вызывающие стороны должны ожидать, что оператор обладает свойством X. Это обещание, которое должно быть выполнено, но это не утверждение во время выполнения. Например, конечная точность с плавающей запятой может привести к нарушению этих обещаний.
• Если is_X == False, вызывающие стороны должны ожидать, что оператор не обладает свойством X.
• Если is_X == None (по умолчанию), вызывающие стороны не должны ожидать ничего определенного.

A = |w z y x|
|x w z y|
|y x w z|
|z y x w|

A = |W Z Y X|
|X W Z Y|
|Y X W Z|
|Z Y X W|

Методы

add_to_tensor

Просмотреть исходный код

add_to_tensor(
    x, name='add_to_tensor'
)

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

adjoint

Просмотреть исходный код

adjoint(
    name='adjoint'
)

Возвращает сопряжённое значение текущего LinearOperator.

Учитывая A, представляющее этот LinearOperator, возвращает A*. Обратите внимание, что вызов self.adjoint() и self.H эквивалентны.

assert_hermitian_spectrum

Просмотреть исходный код

assert_hermitian_spectrum(
    name='assert_hermitian_spectrum'
)

Возвращает Op, утверждающий, что спектр этого оператора эрмитов.

Этот оператор соответствует вещественной матрице тогда и только тогда, когда её спектр эрмитов.

assert_non_singular

Просмотреть исходный код

assert_non_singular(
    name='assert_non_singular'
)

Возвращает Op, утверждающий, что этот оператор невырожден.

Этот 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, утверждающий, что этот оператор положительно определён.

Здесь положительно определённое означает, что квадратичная форма x^H A x имеет положительную действительную часть для всех ненулевых x. Обратите внимание, что мы не требуем, чтобы оператор был самосопряжённым, чтобы быть положительно определённым.

assert_self_adjoint

Просмотреть исходный код

assert_self_adjoint(
    name='assert_self_adjoint'
)

Возвращает Op, утверждающий, что этот оператор самосопряжён.

Здесь мы проверяем, что этот оператор точно равен своему эрмитовому транспонированию.

batch_shape_tensor

Просмотреть исходный код

batch_shape_tensor(
    name='batch_shape_tensor'
)

Форма размерностей пакетов этого оператора, определяемая во время выполнения.

Если этот оператор действует как пакетная матрица A с A.shape = [B1,...,Bb, M, N], то это возвращает Tensor содержащую [B1,...,Bb].

block_shape_tensor

Просмотреть исходный код

block_shape_tensor()

Форма блочных размерностей self.spectrum.

cholesky

Просмотреть исходный код

cholesky(
    name='cholesky'
)

Возвращает фактор Холецкого как LinearOperator.

Учитывая A представляющее этот LinearOperator, если A является положительно определённой самосопряжённой, возвращает L, где A = L L^T, то есть разложение Холецкого.

cond

Просмотреть исходный код

cond(
    name='cond'
)

Возвращает число обусловленности этого линейного оператора.

convolution_kernel

Просмотреть исходный код

convolution_kernel(
    name='convolution_kernel'
)

Ядро свёртки, соответствующее self.spectrum.

D-мерное ДПФ этого ядра — спектр этого оператора в частотной области.

determinant

Просмотреть исходный код

determinant(
    name='det'
)

Определитель для каждого элемента пакета.

diag_part

Просмотреть исходный код

diag_part(
    name='diag_part'
)

Эффективное получение [пакетной] диагональной части этого оператора.

Если этот оператор имеет форму [B1,...,Bb, M, N], это возвращает Tensor diagonal, с формой [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 (в смысле векторных пространств) области определения этого оператора.

Определяется во время выполнения.

Если этот оператор действует как матрица A с A.shape = [B1,...,Bb, M, N], то это возвращает N.

eigvals

Просмотреть исходный код

eigvals(
    name='eigvals'
)

Возвращает собственные значения этого линейного оператора.

Если оператор помечен как самосопряженный (через is_self_adjoint) это вычисление может быть более эффективным.

Примечание: В настоящее время это поддерживает только самосопряженные операторы.

inverse

Просмотреть исходный код

inverse(
    name='inverse'
)

Возвращает обратный элемент для этого LinearOperator.

Учитывая A представляющий этот LinearOperator, вернуть LinearOperator представляющий A^-1.

log_abs_determinant

Просмотреть исходный код

log_abs_determinant(
    name='log_abs_det'
)

Логарифм абсолютного значения определителя для каждого элемента пакета.

matmul

Просмотреть исходный код

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

Преобразование [пакетной] матрицы x с левым умножением: 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'
)

Преобразовать [пакетный] вектор x с левым умножением: 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 (в смысле векторных пространств) области значений этого оператора.

Определяется во время выполнения.

Если этот оператор действует как матрица A с A.shape = [B1,...,Bb, M, N], то это возвращает M.

shape_tensor

Просмотреть исходный код

shape_tensor(
    name='shape_tensor'
)

Форма этого LinearOperator, определяемая во время выполнения.

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

solve

Просмотреть исходный код

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

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

Возвращённое Tensor будет близко к точному решению, если A хорошо обусловлен. В противном случае близость будет варьироваться. Подробнее см. строку 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 уравнение с наилучшими результатами: A X = rhs.

Возвращённое значение Tensor будет близко к точному решению, если A хорошо обусловлено. В противном случае близость будет изменяться. Подробности см. в 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], то это возвращает b + 2.

to_dense

Просмотреть исходный код

to_dense(
    name='to_dense'
)

Возвращает плотное (пакетное) матричное представление этого оператора.

trace

Просмотреть исходный код

trace(
    name='trace'
)

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

Если оператор квадратный, это также сумма собственных значений.

__matmul__

Просмотреть исходный код

__matmul__(
    other
)