BC/NW 2016 № 1 (28):9.3
ПРИМЕНЕНИЕ
УНИВЕРСАЛЬНЫХ ПРЕДСТАВЛЕНИЙ ЧИСЕЛ
ДЛЯ РЕШЕНИЯ СЛАУ
Ермилов
С.И., Оцоков Ш.А.
Проблема
достоверных вычислений является актуальным направлением в области теоретической
информатики вследствие большого объема научных и инженерных задач [1]. Одной из
таких задач является решение систем линейных алгебраических уравнений (СЛАУ).
Решение СЛАУ используется в широком классе задач, таких как гидродинамика,
экономика, вычислительная физика.
Универсальное
представление числа (УПЧ) — это множество объектов {s,e,m,u,es,fs}, где s — знак числа,
равный нулю или единице; e
—
порядок числа со знаком; m
—
мантисса без знака; u
—
бит неопределенности; es
—
размер экспоненты в битах; fs — размер мантиссы в битах.
Введение дополнительных
бит расширяет поле возможных значений формата, объединяя в едином формате
возможности чисел с плавающей точкой и интервальной арифметики [2].
Арифметические операции определяются в формате с плавающей точкой, но в случае
обнаружения округления значение числа за счет бита округления переходит в
достоверный интервал, и дальнейшие вычисления ведутся с интервалами.
Преимуществом
УПЧ является устранение ошибок округления с помощью встроенного механизма
интервальной арифметики.
Самым простым
методом для решения СЛАУ является метод Гаусса. Однако метод Гаусса
вычислительно неустойчив из-за недостатков чисел с плавающей точкой, что делает
его не пригодным для плохо обусловленных СЛАУ вследствие ошибок округления [3].
Для оценки
результатов используется следующий эксперимент. Сгенерируем матрицу
коэффициентов и вектор свободных членов, подсчитаем число обусловленности,
получим решение тремя способами: аналитическим расчетом, методом Гаусса с
плавающей точкой, методом Гаусса с УПЧ.
Итог:
при использовании УПЧ вектор решения является либо вектором с рациональными
значениями, либо вектором с интервалами, содержащими внутри себя точное решение
СЛАУ.
Литература
1. Bailey D.H.
High-precision floating-point arithmetic in scientific computation
//Computing in
science & engineering. 2005. Vol. 7. No. 3. С. 54—61.
2. Gustafson
J.L. The End of Error. Unum
Computing, 2015.
3. Амосов А.А., Дубинский Ю.А.,
Копченова Н.В. Вычислительные методы
для инженеров. М.: Издательство МЭИ,
2003.__