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?gesvd

一般矩阵SVD分解。

接口定义

C Interface:

sgesvd_(const char *jobu, const char *jobvt, const int *m, const int *n, float *a, const int *lda, float *s, float *u, const int *ldu, float *vt,

const int *ldvt, float *work, const int *lwork, float *rwork, int *info);

dgesvd_(const char *jobu, const char *jobvt, const int *m, const int *n, double *a, const int *lda, double *s, double *u, const int *ldu, double *vt,

const int *ldvt, double *work, const int *lwork, double *rwork, int *info);

cgesvd_(const char *jobu, const char *jobvt, const int *m, const int *n, float _Complex *a, const int *lda, float *s, float _Complex *u, const int *ldu, float _Complex *vt,

const int *ldvt, float _Complex *work, const int *lwork, float *rwork, int *info);

zgesvd_(const char *jobu, const char *jobvt, const int *m, const int *n, double _Complex *a, const int *lda, double *s, double _Complex *u, const int *ldu, double _Complex *vt,

const int *ldvt, double _Complex *work, const int *lwork, double *rwork, int *info);

Fortran Interface:

SGESVD(JOBU, JOBVT, M, N, A, LDA, S, U, LDU, VT, LDVT, WORK, LWORK, RWORK, INFO);

DGESVD(JOBU, JOBVT, M, N, A, LDA, S, U, LDU, VT, LDVT, WORK, LWORK, RWORK, INFO);

CGESVD(JOBU, JOBVT, M, N, A, LDA, S, U, LDU, VT, LDVT, WORK, LWORK, RWORK, INFO);

ZGESVD(JOBU, JOBVT, M, N, A, LDA, S, U, LDU, VT, LDVT, WORK, LWORK, RWORK, INFO);

参数

参数

类型

说明

输入/输出

jobu

字符型

  • 'A':返回酉矩阵U(左奇异值向量)的所有列。
  • 'S':返回酉矩阵U(左奇异值向量)的前min(m,n)列。
  • 'O':返回酉矩阵U(左奇异值向量)的前min(m,n)列,并复写到矩阵a。
  • 'N':酉矩阵U(左奇异值向量)不被计算。

输入

jobvt

字符型

  • 'A':返回V**H(右奇异值向量)的所有列,保存在矩阵vt中。
  • 'S':返回V**H(右奇异值向量)的前min(m,n)列,保存在矩阵vt中。
  • 'O':返回V**H(右奇异值向量)的前min(m,n)列,并复写到矩阵a。
  • 'N':V**H(右奇异值向量)不被计算。

输入

m

整数型

矩阵a的行数,m≥0。

输入

n

整数型

矩阵a的列数,n≥0。

输入

a

  • 在sgesvd中为单精度浮点型数组
  • 在dgesvd中为双精度浮点型数组
  • 在cgesvd中为单精度复数型数组
  • 在zgesvd中为双精度复数型数组

大小为lda*n。

输入时:矩阵a为m*n的矩阵。

输出时:

  • jobu='O': 矩阵a被酉矩阵U(左奇异值向量)的前min(m,n)列覆盖。
  • jobvt='O': 矩阵a被V**H(右奇异值向量, 按行优先存储)的前min(m,n)列覆盖。
  • jobu !='O' 且 jobvt != 'O': 矩阵a的内容被销毁。

输入,输出

lda

  • 整数型

矩阵a的主维,lda≥max(1,m)。

输入

s

  • 在sgesvd中为单精度浮点型数组
  • 在dgesvd中为双精度浮点型数组
  • 在cgesvd中为单精度浮点型数组
  • 在zgesvd中为双精度浮点型数组

大小为min(m, n)。

输出为矩阵a的奇异值,且按s(i)>=s(i+1)的规则排序。

输出

u

  • 在sgesvd中为单精度浮点型数组
  • 在dgesvd中为双精度浮点型数组
  • 在cgesvd中为单精度复数型数组
  • 在zgesvd中为双精度复数型数组

大小为ldu*ucol,其中当jobu='A'时,ucol=m; jobu='S'时,ucol=min(m,n)。

若jobu='A': 其为m*m的酉矩阵u。

若jobu='S': 其包含了U矩阵(左奇异值向量,列优先存储)的前min(m,n)列。

若jobu='N' 或 'O': 其不被使用。

输出

ldu

整数型

矩阵u的主维,ldu>=1; 当jobu='S'或'A'时, ldu>=m。

输入

vt

  • 在sgesvd中为单精度浮点型数组
  • 在dgesvd中为双精度浮点型数组
  • 在cgesvd中为单精度复数型数组
  • 在zgesvd中为双精度复数型数组

大小为ldvt*n。

若jobvt='A': 其为n*n的酉矩阵v**H。

若jobvt='S': 其包含矩阵v**H(右奇异值向量, 按行优先存储)的前min(m,n)行。

若jobvt='N'或'O': 其不被使用。

输出

ldvt

整数型

矩阵vt的主维,ldvt>=1; 若jobvt='A', 则ldvt>=n; 若jobvt='S',则ldvt>=min(m,n)。

输入

work

  • 在sgesvd中为单精度浮点型数组
  • 在dgesvd中为双精度浮点型数组
  • 在cgesvd中为单精度复数型数组
  • 在zgesvd中为双精度复数型数组

大小为max(1, lwork)。

退出时,若info=0, work(1)返回最优lwork大小。

输出

lwork

整数型

work数组的大小,lwork>=max(1, 2*min(m,n)+max(m,n))

若lwork=-1, 则表明函数只计算最优的work大小

输入

rwork

  • 在sgesvd中为单精度浮点型数组
  • 在dgesvd中为双精度浮点型数组
  • 在cgesvd中为单精度浮点型数组
  • 在zgesvd中为双精度浮点型数组

大小为5*min(m,n)

退出时,若info>0, rwork(1:min(m,n)-1)包含了上双对角矩阵B的未收敛超对角线元素,而其对角线元素保存在s中

输出

info

整数型

  • 等于0:表示成功
  • 小于0:info=-i,表示第i个参数非法
  • 大于0:若ZBDSQR不收敛,info则表示中间形式的矩阵B中有多少个超对角线不收敛到零

输出

依赖

#include "klapack.h"

示例

C Interface:

const char jobu = 'A';
const char jobvt = 'A';
const int m = 5;
const int n = 5;
const int lda = 5;
const int ldu = 5;
const int ldvt = 5;

double a[] = {72.1673, 66.1857, 64.7644, 28.0199, 91.4151,
              6.5180,  62.8483, 72.4323, 46.5760, 8.6928,
              28.9821, 42.1828, 18.6437, 99.8612, 35.6972,
              67.9812, 5.0880,  85.5035, 79.2945, 54.5920,
              28.6869, 49.7512, 7.5186,  28.6929, 84.6041};

double *s = (double*)malloc(m * sizeof(double));
double *u = (double*)malloc(ldu*m * sizeof(double));
double *vt = (double*)malloc(ldvt*n * sizeof(double));

double qwork;
int lwork = -1;
int info = 0;

dgesvd_(&jobu, &jobvt, &m, &n, a, &lda, s, u, &ldu, vt, &ldvt, &qwork, &lwork, &info);
if (info != 0) {
    printf("Error, info = %d\n", info);
    return info;
}

lwork = (int)qwork;
double *work = (double*)malloc(lwork * sizeof(double));

dgesvd_(&jobu, &jobvt, &m, &n, a, &lda, s, u, &ldu, vt, &ldvt, work, &lwork, &info);
if (info != 0) {
    printf("Error, info = %d\n", info);
    return info;
}
/* output */
* s
* 254.071516      87.547400       67.835073       64.370735       14.897476
* u
* -0.395825       -0.377874       -0.458327       -0.488090       -0.502234       -0.155273       -0.217110       0.348128        0.628260        -0.642534       * -0.312281       0.362918        -0.694714       0.528618        0.093312        -0.399962       0.761762        0.321232        -0.289476       -0.269743    
* -0.749482       -0.313183       0.287969        0.061841        0.503430
* vt
* -0.562230       -0.504441       -0.297298       0.148954        -0.564680       -0.340949       0.391046        -0.060652       0.818829        0.238069        * -0.403926       0.372759        0.728616      -0.186514        -0.363629       -0.527964       0.375181        -0.468379       -0.520847       0.299721        * -0.354610       -0.559386       0.397083        -0.035531       0.634351

Fortran Interface:

CHARACTER :: jobu = "A"
CHARACTER :: jobvt = "A"
PARAMETER (m = 5)
PARAMETER (n = 5) 
PARAMETER (lda = 5) 
PARAMETER (ldu = 5)
PARAMETER (ldvt = 5)
INTEGER :: info = 0 
REAL(8) :: a(lad, n)
REAL(8) :: s(m) 
REAL(8) :: u(ldu, m)
REAL(8) :: vt(ldvt, n)
REAL(8), ALLOCATABLE :: work(:) 
INTEGER :: lwork = -1 
REAL(8 :: qwork
  
DATA a / 72.1673, 66.1857, 64.7644, 28.0199, 91.4151,
         6.5180,  62.8483, 72.4323, 46.5760, 8.6928,
         28.9821, 42.1828, 18.6437, 99.8612, 35.6972,
         67.9812, 5.0880,  85.5035, 79.2945, 54.5920,
         28.6869, 49.7512, 7.5186,  28.6929, 84.6041/ 
EXTERNAL DGESVD
CALL DGESVD(jobu, jobvt, m, n, a, lda, s, u, ldu, vt, ldvt, qwork, lwork, info);
lwork = (int)qwork; 
work = (double *)malloc(sizeof(double) * lwork);
CALL DGESVD(jobu, jobvt, m, n, a, lda, s, u, ldu, vt, ldvt, work, lwork, info);
* 
* Output: 
* s
* 254.071516      87.547400       67.835073       64.370735       14.897476
* u
* -0.395825       -0.377874       -0.458327       -0.488090       -0.502234       -0.155273       -0.217110       0.348128        0.628260        -0.642534       * -0.312281       0.362918        -0.694714       0.528618        0.093312        -0.399962       0.761762        0.321232        -0.289476       -0.269743    
* -0.749482       -0.313183       0.287969        0.061841        0.503430
* vt
* -0.562230       -0.504441       -0.297298       0.148954        -0.564680       -0.340949       0.391046        -0.060652       0.818829        0.238069        * -0.403926       0.372759        0.728616      -0.186514        -0.363629       -0.527964       0.375181        -0.468379       -0.520847       0.299721        * -0.354610       -0.559386       0.397083        -0.035531       0.634351