演算の順序、数値アルゴリズム


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読んだ

(1)条件の悪い操作は、条件の良い操作の前に実行する必要があります。

例として、乗算はそうで​​はないのに減算は悪条件なので、バツzyzとして計算する必要バツyzがあります。

ただし、両方のアルゴリズムの1次エラー分析では、3倍(*)だけ異なることがわかり、これをステートメント(1)に一般化できる理由もわかりません。また、その重要性を直感的に把握していません。操作の順序。ステートメントは(1)は受け入れられたルールであると思いますか、それについて他の説明がありますか?

*:より具体的には、最初のバージョンには、

eps+3|x|+|y||x||y|eps
第二のバージョンの相対誤差がで囲まれている間

3eps+|x|+|y||x||y|eps

ここで、epsはマシンの精度です。

ことをこの分析は、仮定に基づいている番目の中間結果を用いて乗算される(1+εi)(丸め誤差に)、εiによって囲まIIDランダム変数であるeps。「一次」とは、ような高次の項ϵiϵjバツが無視されることを意味します。


どこで読んだの?
David Ketcheson、2015年

私の講義ノートで
バナナチ

回答:


8

正確な乗算(×)、加算(+)、および減算()の浮動小数点アナログをそれぞれ(私は怠惰な除算演算子を取得しようとして怠惰でした)で示しましょう。我々は仮定します(IEEE-754)は、それらのすべてのための [ X Y ] = X + Y 1 + δ ×+ε M A C H上部四捨五入に相対誤差に結合を与える機械イプシロンです。また、(と仮定し、すべての次の補題を使用します | δ I |ε mはCの時間、そして mは:簡単に証明することができる大きすぎない) 、M Π iの= 11 + δ I= 1 + θを

[バツy]=バツ+y1+δ|δ|εメートルach
εメートルach|δ|εメートルachメートル
Π=1メートル1+δ=1+θメートル|θメートル|メートルεメートルach1メートルεメートルach

レッツは、真の関数定義実数で動作xはY Zなどをfバツyz

f(x,y,z)=(x×z)(y×z)

そして、としてIEEE準拠の浮動小数点演算関数の実装の2つのバージョン及びF 2の浮動小数点表現で動作X = X 1 + δ Xyはzは、次の通り:f1~f2~x~=x(1+δx),y~,z~

f1~(x~,y~,z~)=(x~z~)(y~z~)

f2~(x~,y~,z~)=(x~y~)z~.

エラー解析f1~

f1~=((x(1+δx)×z(1+δz))(1+δxz)(x~z~)(y(1+δy)×z(1+δz))(1+δyz)(y~z~))(1+δ)=xz(1+δx)(1+δz)(1+δxz)(1+δ)yz(1+δy)(1+δz)(1+δyz)(1+δ)=xz(1+θxz,1)yz(1+θyz,1).
|θxz,1|,|θyz,1|4ϵmach14ϵmach

f2~

f2~=(((x(1+δx)y(1+δy)(1+δxy))×(z(1+δz)))(1+δ)=xz(1+δx)(1+δz)(1+δxy)(1+δ)yz(1+δy)(1+δz)(1+δxy)(1+δ)=xz(1+θx,2)yz(1+θy,2).
|θx,2|,|θy,2|4ϵmach14ϵmach

f1~f2~f2~f1~

xy

|f1~f||f|=|xz+xzθxz,1yzyzθyz,1(xzyz)||xzyz|=|xθxz,1yθyz,1||xy||x|+|y||xy|4ϵmach14ϵmach,
|f2~f||f|=|xz+xzθx,2yzyzθy,2(xzyz)||xzyz|=|xθx,2yθy,2||xy||x|+|y||xy|4ϵmach14ϵmach.

θx,y,z(xy)xy

x,y,z,f(x,y,z)F0F0

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