Ax = bMATLAB でシステムを解こうとしています。ここで、 は から までのA範囲の (非ゼロ) 値を持つ 30x30 三角行列であり、は から1e-14までの範囲の値を持つ 30 要素の列ベクトルです。を入力すると、回答が表示され、警告メッセージは表示されませんが、回答は妥当ではありません (ベクトルの下部にある乱数のように見えます)。これは数値の誤差によるものだと思います。 0.7b1e-31e3x = A\b
このページのメッセージ 5 は 、数値エラーを回避するために行列を分解/スケーリングすることを提案していますが、スケーリング行列を計算する方法を理解できませんでした。
質問は次のとおりです:これは実際に数値不安定性の例ですか?もしそうなら、どうすれば行列 A を再スケーリングしたり、MATLAB が計算を実行する方法を変更したりして、それを回避できますか?
問題を引き起こしている行列とベクトルは次のとおりです。
A =
Columns 1 through 15
0.69 0.4278 0.19893 0.082223 0.031861 0.011852 0.0042866 0.0015187 0.00052965 0.00018243 6.221e-05 2.1038e-05 7.0653e-06 2.3587e-06 7.8344e-07
0 0.4761 0.44277 0.27452 0.14183 0.065953 0.028624 0.011831 0.0047156 0.0018273 0.00069233 0.00025755 9.4356e-05 3.4126e-05 1.2206e-05
0 0 0.32851 0.40735 0.3157 0.19573 0.10618 0.052668 0.02449 0.010846 0.004623 0.0019108 0.00077007 0.00030383 0.00011773
0 0 0 0.22667 0.35134 0.32675 0.23635 0.14653 0.081766 0.042246 0.02058 0.0095696 0.0042851 0.0018597 0.00078615
0 0 0 0 0.1564 0.29091 0.31564 0.26093 0.182 0.11284 0.064129 0.03408 0.017168 0.0082788 0.0038496
0 0 0 0 0 0.10792 0.23418 0.29039 0.27006 0.2093 0.14274 0.088499 0.05095 0.02764 0.014281
0 0 0 0 0 0 0.074464 0.18467 0.25761 0.2662 0.22694 0.16884 0.1134 0.070311 0.040868
0 0 0 0 0 0 0 0.05138 0.14335 0.22219 0.25256 0.23488 0.18931 0.13694 0.090965
0 0 0 0 0 0 0 0 0.035452 0.1099 0.18738 0.23235 0.2341 0.2032 0.15748
0 0 0 0 0 0 0 0 0 0.024462 0.083415 0.15515 0.20842 0.22614 0.21031
0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0.016879 0.062789 0.12652 0.18303 0.21277
0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0.011646 0.046935 0.10185 0.15786
0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0.008036 0.034876 0.081087
0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0.0055448 0.025783
0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0.0038259
0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0
0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0
0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0
0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0
0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0
0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0
0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0
0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0
0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0
0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0
0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0
0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0
0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0
0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0
0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0
Columns 16 through 30
2.5906e-07 8.5327e-08 2.8007e-08 9.1646e-09 2.9906e-09 9.7342e-10 3.1613e-10 1.0246e-10 3.3142e-11 1.0702e-11 3.4504e-12 1.1108e-12 3.5709e-13 1.1465e-13 3.6767e-14
4.3246e-06 1.5194e-06 5.2988e-07 1.8359e-07 6.3236e-08 2.1667e-08 7.3883e-09 2.5085e-09 8.4833e-10 2.8585e-10 9.5998e-11 3.214e-11 1.073e-11 3.5726e-12 1.1866e-12
4.492e-05 1.6909e-05 6.2902e-06 2.3156e-06 8.445e-07 3.0543e-07 1.0963e-07 3.9084e-08 1.3847e-08 4.8779e-09 1.7094e-09 5.9615e-10 2.0698e-10 7.1568e-11 2.4651e-11
0.00032494 0.00013173 5.2503e-05 2.0616e-05 7.9887e-06 3.0592e-06 1.1591e-06 4.3497e-07 1.6181e-07 5.9715e-08 2.1877e-08 7.9615e-09 2.8794e-09 1.0354e-09 3.7037e-10
0.0017358 0.00076232 0.00032721 0.00013766 5.69e-05 2.3151e-05 9.2878e-06 3.679e-06 1.4406e-06 5.5824e-07 2.1426e-07 8.1515e-08 3.0763e-08 1.1523e-08 4.2867e-09
0.0070833 0.0033935 0.001578 0.00071495 0.00031662 0.00013741 5.8573e-05 2.4566e-05 1.0154e-05 4.1418e-06 1.6691e-06 6.6527e-07 2.6248e-07 1.0259e-07 3.9755e-08
0.022523 0.01187 0.0060211 0.0029554 0.0014095 0.00065541 0.00029799 0.00013279 5.8116e-05 2.5022e-05 1.0615e-05 4.4423e-06 1.8361e-06 7.5031e-07 3.0339e-07
0.056398 0.033024 0.018428 0.0098671 0.005098 0.0025529 0.0012436 0.00059114 0.00027488 0.00012531 5.6113e-05 2.4719e-05 1.0728e-05 4.5926e-06 1.9414e-06
0.11158 0.073506 0.045573 0.026843 0.01513 0.0082078 0.0043059 0.0021929 0.0010877 0.00052686 0.00024979 0.00011615 5.3064e-05 2.3852e-05 1.0563e-05
0.17385 0.13089 0.091294 0.059747 0.037043 0.021923 0.012459 0.0068335 0.0036315 0.0018763 0.00094518 0.00046536 0.00022441 0.00010618 4.9374e-05
0.21107 0.18539 0.14778 0.10881 0.074955 0.048796 0.030253 0.017976 0.010288 0.0056949 0.0030601 0.0016008 0.00081734 0.00040822 0.00019981
0.19575 0.20632 0.19188 0.16145 0.12513 0.090508 0.061727 0.04001 0.024806 0.014788 0.0085139 0.0047507 0.0025773 0.0013629 0.00070418
0.13406 0.17663 0.19712 0.1935 0.17139 0.13947 0.10569 0.075354 0.050967 0.032916 0.020408 0.012201 0.0070603 0.003967 0.0021702
0.063943 0.11233 0.1567 0.18459 0.19074 0.17739 0.15122 0.1198 0.089133 0.062798 0.042179 0.027157 0.016837 0.010091 0.0058655
0.018977 0.050003 0.093006 0.13695 0.16982 0.18425 0.17952 0.15999 0.13226 0.1025 0.075107 0.052387 0.034978 0.022461 0.013926
0.0026399 0.013912 0.038815 0.076207 0.11812 0.15379 0.17481 0.17806 0.16559 0.14259 0.11493 0.087452 0.063257 0.043745 0.029059
0 0.0018215 0.010164 0.029933 0.061862 0.10068 0.13733 0.16319 0.17345 0.16803 0.15048 0.12595 0.099387 0.074457 0.053266
0 0 0.0012569 0.0074028 0.022949 0.049799 0.084907 0.12108 0.15014 0.16622 0.16747 0.15575 0.13519 0.11049 0.085626
0 0 0 0.00086723 0.0053768 0.017502 0.039787 0.07092 0.10553 0.13631 0.15695 0.16421 0.15837 0.14237 0.12037
0 0 0 0 0.00059839 0.0038955 0.013284 0.031571 0.058722 0.091019 0.12227 0.1462 0.15862 0.15845 0.14736
0 0 0 0 0 0.00041289 0.0028159 0.010039 0.024896 0.048236 0.077756 0.10847 0.1345 0.15115 0.15618
0 0 0 0 0 0 0.00028489 0.0020313 0.0075564 0.019521 0.039334 0.065845 0.095256 0.12234 0.14222
0 0 0 0 0 0 0 0.00019658 0.0014625 0.0056673 0.015226 0.031861 0.05531 0.082873 0.1101
0 0 0 0 0 0 0 0 0.00013564 0.0010512 0.0042363 0.011819 0.025648 0.046115 0.071478
0 0 0 0 0 0 0 0 0 9.359e-05 0.00075433 0.0031569 0.0091339 0.020528 0.038183
0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 6.4577e-05 0.00054051 0.0023458 0.0070296 0.016344
0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 4.4558e-05 0.00038676 0.0017385 0.0053894
0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 3.0745e-05 0.0002764 0.0012852
0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 2.1214e-05 0.00019729
0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1.4638e-05
b =
3712
246.89
43.304
22.55
14.897
10.066
6.8138
4.6131
3.1232
2.1146
1.4316
0.96927
0.65623
0.44429
0.3008
0.20365
0.13788
0.093351
0.063202
0.04279
0.02897
0.019614
0.013279
0.0089906
0.006087
0.0041211
0.0027902
0.001889
0.0012789
0.00086589
完全精度の変数を含む .mat ファイルは、ここにあります。
私のマシン（OS X 10.10.5のMatlab R2013a）で得た結果は次のとおりです。
>> x=A\b
x =
5087.6
433.99
64.166
27.995
19.494
14.546
10.934
8.2265
6.1834
4.6933
3.2779
3.8272
-3.5375
23.953
-79.278
254.22
-702.1
1713.2
-3658.2
6822.7
-11046
15412
-18349
18393
-15244
10181
-5273.4
1992.3
-489.85
59.155
1e-13 のオーダーの値を返しますがnorm(A*x-b)、解決しようとしている問題を考えると、結果は物理的に妥当ではありません (x の値は単調に減少し、負の値はありません)。例として、同じ行列 A で正しい (見た目の) 解を返す同様のデータセットを次に示します。
>> c
c =
5142.1
339.52
22.417
1.4802
0.097731
0.0064529
0.00042607
2.8132e-05
1.8575e-06
1.2265e-07
8.0979e-09
5.3469e-10
3.5304e-11
2.331e-12
1.5391e-13
1.0162e-14
6.7099e-16
4.4304e-17
2.9253e-18
1.9315e-19
1.2753e-20
8.4205e-22
5.5598e-23
3.671e-24
2.4239e-25
1.6004e-26
1.0567e-27
6.9771e-29
4.6068e-30
3.0418e-31
>> x = A\c
x =
7029.1
653.25
60.709
5.642
0.52434
0.04873
0.0045287
0.00042087
3.9114e-05
3.635e-06
3.3782e-07
3.1395e-08
2.9177e-09
2.7116e-10
2.52e-11
2.342e-12
2.1765e-13
2.0227e-14
1.8798e-15
1.747e-16
1.6236e-17
1.5089e-18
1.4023e-19
1.3033e-20
1.21e-21
1.1339e-22
9.9766e-24
1.1858e-24
2.3902e-26
2.078e-26