article sur le Factorisation de Cholesky, Explication sur le Factorisation de Cholesky

Factorisation de Cholesky Article, Signification, Explication

 

La factorisation de Cholesky consiste, pour une matrice symétrique définie positive A, à déterminer une matrice triangulaire inférieure L tel que : A=LLT.

La matrice L est en quelque sorte une « racine carrée » de A. Cette décomposition permet notamment de calculer la matrice inverse A-1, de calculer le déterminant de A (égal au carré du produit des éléments diagonaux de L) ou encore de simuler une loi multinormale.

Table of contents
1 Exemple
2 Théorème
3 Algorithme

Exemple

La matrice symétrique :
1 1  1  1
1 5  5  5
1 5 14 14
1 5 14 15
est égale au produit à droite de la triangulaire
1  0 0 0
3  4 0 0
6 10 9 0
5  8 6 1
et de sa transposée.

Théorème

Factorisation de Cholesky d'une matrice :

Si A est une matrice symétrique définie positive, il existe au moins une matrice réelle triangulaire inférieure L telle que :

A=LLT

On peut également imposer que les éléments diagonaux de la matrice L soient tous positifs, et la factorisation correspondante est alors unique.

Algorithme

On cherche la matrice :

De l'égalité A=LLT on déduit :

puisque lpq=0 si 1≤p La matrice A étant symétrique, il suffit que les relations ci-dessus soient vérifiées pour i≤j, c'est-à-dire que les éléments lij de la matrice L doivent satisfaire :

Pour i=1, on détermine la première colonne de L :
(j=1) d'où
(j=2) d'où
...
(j=n) d'où

On détermine la ième colonne de L, après avoir calculé les (i-1) premières colonnes :
(j=i) d'où
(j=i+1) d'où
...
(j=n) d'où

Il résulte du théorème précédent qu'il est possible de choisir tous les éléments bii>0 en assurant que toutes les quantités
sont positives.

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