实对称Toeplitz矩阵与向量的乘积的快速算法

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矩阵向量积是数值代数中一种基本运算,传统的算法需要O(n2)浮点运算。本文研究实对称Toeplitz矩阵与实向量积的快速算法。众所周知,Toeplitz矩阵在科学和工程计算中广泛应用。一个n阶的Toeplitz矩阵向量积的经典快速算法是首先将Toeplitz矩阵嵌入到一个2n阶的循环矩阵,然后利用3个离散Fourier变换(DFT)来实现,一个DFT的计算复杂度是10nlogn复运算,总体复杂度为30nlogn复运算。对于实对称Toeplitz矩阵向量积,当然可以用FFT去计算,但需要进行复数运算,相当于把问题复杂化。  为了避免了复数运算,本文研究了用离散余弦变换(DCT)和离散正弦变换(DST)来计算Toeplitz矩阵与向量的乘积,并分析了其复杂度。  本文结构共分为五部分,如下:  第一章、介绍了本课题的研究背景和现状,研究内容以及本文的创新工作。  第二章、介绍本文中涉及到的一些定义、性质和快速傅立叶变换(FFT)以及用FFT计算Toepliz矩阵与向量的乘积的算法。  第三章、介绍DCT和DST的定义和性质。  第四章、实对称矩阵与实向量的快速算法的实现,并分析其复杂度。  第五章、总结与展望。
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