パワー法による固有値と固有ベクトルの求め方とは? わかりやすく解説

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パワー法による固有値と固有ベクトルの求め方


 固有値・固有ベクトル求め簡単な方法としてはパワー法がある(パワー法は,あくまでも簡便法である。より一般的精度も十分で計算速度速いアルゴリズム数多くある)。


例題
 「行列 A の,固有値と固有ベクトル求めなさい。」
    パワー法による固有値と固有ベクトルの求め方

  1. 固有値・固有ベクトル求めたい行列を A とする。
  2. 固有ベクトル初期値U1 とする。
       パワー法による固有値と固有ベクトルの求め方
  3. A と U1 の積を求める。
       パワー法による固有値と固有ベクトルの求め方
  4. 得られベクトルのノルム要素二乗和)を求める。
       ノルム = 1.02 + 0.52 + 0.32 = 1.34
  5. ノルムの平方根をとる。これは固有値近似値である。
       固有値 = √1.34 = 1.158
  6. 得られベクトル要素ノルムの平方根割ったものをU2 とする。このベクトル固有ベクトル近似値である。
       パワー法による固有値と固有ベクトルの求め方
  7. A と U2 の積を求める。以下,3,4,5 を固有ベクトル各要素変化希望する精度下になるまで繰り返す
    例えば 0.001 以下の誤差範囲内の解は,数回繰り返し求められ
    固有値 = 1.944,固有ベクトル = ( 0.519, 0.637, 0.570 )' となる。

 n × n 行列の固有値固有ベクトルは n 対得られるので,次に2 番目の固有値・固有ベクトル求める。

 このためには,元の行列 A の各要素に対して,以下の演算行った新たな行列残差行列に対して上述の手続き繰り返す
 A(i,j) - 固有値 × U(i) × U(j) → A(i,j)
 U(i),U(j)固有ベクトルの第 i 要素,第 j 要素
 2 番目の固有値・固有ベクトルは 0.707,( 0.787,-0.0961, -0.609 )'
 3 番目の固有値・固有ベクトルは 0.349,( 0.333,-0.765, 0.551 )'
 全ての固有値・固有ベクトル求めた後,最後残差行列各要素は 0 に近い値になっているはずである。




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