二阶完全正矩阵
Integer completely positive matrices of order two
摘要:
我们证明了每一个整数双非负$2 \times 2$矩阵都有一个整数cp-因子分解。
英文摘要:
We show that every integer doubly nonnegative $2 \times 2$ matrix has an integer cp-factorization.
机构、总结、中文摘要均由AI分析而来,可能存在错误,请以论文正文为准。
Integer completely positive matrices of order two
Thomas Laffey, Helena Šmigoc
我们证明了每一个整数双非负$2 \times 2$矩阵都有一个整数cp-因子分解。
We show that every integer doubly nonnegative $2 \times 2$ matrix has an integer cp-factorization.
机构、总结、中文摘要均由AI分析而来,可能存在错误,请以论文正文为准。
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Matrices with high completely positive semidefinite rank
一个实对称矩阵$M$是完全半正定的,如果它允许由任意大小的(厄米特)正半定矩阵$d$的Gram表示。最小的$d$称为$M$的(复)完全半正定秩,并且是否存在作为矩阵大小的函数的这个数的上界是一个开放的问题。对任意正整数$k$,构造了大小为$4k^2+2k+2$且秩为$2^k$的正半定矩阵.这表明,如果存在这样的上限,它必须至少是矩阵大小的指数。为此,我们利用量子信息论的连接,我们构建极端的大秩二分相关阵。我们还展示了一类完全正矩阵的二次(在矩阵大小方面)完全正秩,但与线性完全半正定秩,我们作出连接的存在阿达玛矩阵。
Rational factorizations of completely positive matrices
本文证明了位于完全正矩阵锥内部的有理矩阵也有有理cp-分解。
Correlation matrices, Clifford algebras, and completely positive semidefinite rank
我们引入了相关阵的矩阵值Gram分解的概念,其研究的动机是量子信息论。我们表明,对于极值相关性,在这样的分解矩阵生成Clifford代数,因此,它们的大小是指数的秩的相关阵。利用这一点,我们给出了最近在文献中推导出的具有亚指数cpsd秩的完全正半定矩阵存在性的独立且简洁的证明。这一事实也支持和推广了Tsirelson关于产生极端量子关联所必需的量子系统的局部维度的开创性下界。
Inner approximating the completely positive cone via the cone of scaled diagonally dominant matrices
由于完全正规划在编码困难最优化问题方面的表现力,许多完全正锥的近似方案被提出并成功应用。大多数方案都是基于外部近似,只有内部近似是基于线性规划的方法,由Bundfuss和Dür以及Yıldırım提出,以及Lasserre提出的基于半定规划的方法。在本文中,我们提出了使用的锥的非负规模对角占优矩阵作为一个自然的内部逼近的完全正锥。利用这个锥的投影,我们得到新的基于图的二阶锥逼近计划完全正规划,导致统一和问题相关的层次结构。这提供了半定规划的表达能力和基于线性规划的方法的速度之间的折衷。随机问题,标准二次规划和独立集问题的数值结果表明,我们的方法的有效性。
New results on the cp rank and related properties of co(mpletely)positive matrices
在应用数学中,余正矩阵和完全正矩阵扮演着越来越重要的角色,即作为逼近NP难最优化问题的一个关键概念。在对称矩阵空间上,给定阶的余正矩阵的锥与同阶的完全正矩阵的锥关于标准标积是对偶的.本文建立了这类矩阵的两个正交对之间的一些新的关系。因此,我们可以建立一般阶完全正矩阵的cp-秩的上界的一个改进,并进一步改进了六阶完全正矩阵的cp-秩的一个上界.
Refined Estimates on the Dimensions of Maximal Faces of Completely Positive Cones
本文通过建立更精确的界限,改进了完全正矩阵锥最大面维度的已知界限,揭示了奇数和偶数维度下的具体结果。
Integer matrices that are not copositive have certificates of less than quadratic complexity
实对称n次n矩阵称为余正矩阵,如果其对应的二次型在闭第一正交点上非负。如果矩阵不是上正的,则存在某个非负证明,其二次型是负的。由于标度性质,我们可以在原点的每个邻域中找到这样的证书,但它们的性质当然取决于矩阵,并且很难描述。然而,如果它是一个整数矩阵,我们保证证书的复杂性最多是一个常数乘以矩阵的二进制编码长度的3/2次方。
Completely positive and completely positive semidefinite tensor relaxations for polynomial optimization
完全正(CP)张量对应于CP矩阵的推广,允许用CP张量的锥上的圆锥最优化问题来重新表达或近似一般多项式最优化问题(POP)。类似地,完全半正定(CPSD)张量,这对应于一个推广的半正定(PSD)矩阵,可以用来近似一般的持久性有机污染物与锥上的CPSD张量的圆锥最优化问题。在本文中,我们研究CP和CPSD张量松弛一般持久性有机污染物,并通过拉格朗日松弛的持久性有机污染物得到的界限进行比较。这表明,在这一方向上针对二次持久性有机污染物的现有结果可扩展到一般持久性有机污染物。此外,我们提供了一些易于处理的近似策略CP和CPSD张量松弛。这些近似策略表明,具有类似的计算工作,从他们获得的一般持久性有机污染物的界限可以更紧比这些问题的界限通过重新制定的POP作为二次POP,随后可以近似使用CP和PSD矩阵。为了说明我们的研究结果,我们数值比较小规模的四阶度持久性有机污染物从这些放松的方法得到的界限。
On the number of CP factorizations of a completely positive matrix
一个方阵$A$是完全正的,如果$A=BB^T$,其中$B$是一个(不一定是方阵)非负矩阵。一般来说,一个完全正的矩阵可以有许多甚至无穷多个这样的CP分解。但在某些情况下,存在唯一的CP分解。证明了图为三角形自由的完全正矩阵有唯一CP分解的一个简单的充要条件。这意味着在$n\times n$完全正矩阵的锥$\mathcal{CP}_n$的边界上的某些其它矩阵的CP分解的唯一性。我们还描述了包含完全正的$A$的$\mathcal{CP}_n$的极小面。如果$A$有唯一的CP分解,则该面是多面体。
The Width and Integer Optimization on Simplices With Bounded Minors of the Constraint Matrices
本文证明了由线性不等式组定义的单形的宽度可以在多项式时间内计算,如果它们的约束矩阵的某些子式是有界的。此外,在单形的约束矩阵的某些子式有界的条件下,给出了求解单形减去其所有整数顶点的整数线性最优化问题的拟多项式时间和多项式时间算法.
The cone of $5\times 5$ completely positive matrices
本文研究了第一种有趣的情形$n = 5$的完全正矩阵锥。这是一个半代数集合,这意味着定义其边界的多项式等式和不等式可以导出。我们的特点不同的轨迹这个边界,我们研究了两个开集与CP秩5或6。一个数值算法,是快速的,能够计算的CP-分解,即使在边界上的矩阵。利用我们的结果,可以产生许多新的例子,并进行了一些有见地的数值实验,说明了CP-因子分解问题的难度。
Completely Positive Factorization by a Riemannian Smoothing Method
余正优化是凸锥规划的一种特殊情况,它是指在线性约束下,在所有完全正矩阵的锥上优化一个线性函数。余正优化为NP-难二次问题或组合问题提供了强大的松弛,但仍有许多关于余正或完全正矩阵的公开问题。在本文中,我们专注于这样一个问题:找到一个完全正(CP)分解为一个给定的完全正矩阵。我们将其视为非光滑黎曼最优化问题,即,黎曼流形上非光滑函数的极小化问题。为了解决这个问题,我们提出了一个一般的光滑框架解决非光滑黎曼最优化问题,并显示收敛到一个稳定点的原始问题。一个优点是,我们可以通过直接使用现有的标准光滑黎曼解算器(如Manopt)来快速实现它。数值实验表明,我们的方法的效率,特别是对大规模的CP分解。
FPT-algorithms for The Shortest Lattice Vector and Integer Linear Programming Problems
本文给出了最短向量问题(SVP)和整数线性规划问题(ILP)的FPT-算法,当问题的公式中包含的矩阵是近方矩阵时,FPT-算法是求解这两个问题的特殊情形的一种算法。主要参数是问题公式中包含的矩阵秩子式的最大绝对值。此外,我们提出FPT算法的问题,当矩阵没有奇异秩子矩阵的相同的主参数。
Polynomial Matrices in Integer Programming With Restricted Subdeterminants
研究与参数约束矩阵相关的离散优化问题,针对约束矩阵元素为单变量多项式且子行列式在特定集\(S\)中的情况,对识别和优化两个关键问题,通过特定集合\(S\)给出肯定回答,所涉矩阵有独立研究价值。
Totally $Δ$-Modular Tree Decompositions of Graphic Matrices for Integer Programming
本文提出了一种基于树分解的参数,用于解决具有两个非零条目每行的矩阵的整数规划问题,扩展了传统图分解参数的应用范围,并给出了相关定理的类比。
On the column number and forbidden submatrices for $Δ$-modular matrices
整数矩阵$\mathbf{A}$是$Δ$-模的,如果$\mathbf{A}$的每个$\text{rank}(\mathbf{A}) \times \text{rank}(\mathbf{A})$子矩阵的行列式最多有$Δ$的绝对值.对$Δ$-模矩阵的研究出现在整数规划理论中,其中一个公开的猜想是:当$Δ$为常数时,由$Δ$-模约束矩阵定义的整数规划能否在多项式时间内求解.这个猜想只有在$Δ\in \{1,2\}$.根据这个猜想,一个自然的问题是理解$Δ$-模矩阵的结构性质。我们考虑列数问题--一个秩-$r$ $Δ$-模矩阵可以有多少个非零的、成对的非平行列?证明了对任意正整数$Δ$和充分大的整数$r$,任意秩-$r$-$Δ$-模矩阵至多有$\binom{r+1}{2} + 80Δ^7 \cdot r$非零的两两不平行列,这与项$80Δ^7$紧密相关.这是形式$\binom{r+1}{2} + f(Δ)\cdot r$的第一个上界,其中$f$是多项式函数。在我们的结果的基础是一个部分列表的矩阵,不能存在于一个$Δ$-模矩阵。我们相信这部分列表可能是独立的兴趣在未来的研究$Δ$模块矩阵。
Lossy compression of matrices by black-box optimisation of mixed integer nonlinear programming
在边缘计算中,抑制数据大小对于执行自动驾驶等复杂任务的机器学习模型来说是一个挑战,其中计算资源(速度,内存大小和功率)有限。矩阵数据的有效有损压缩已经通过将其分解成整数矩阵和实矩阵的乘积而引入。然而,它的优化是困难的,因为它需要同时优化一个整数和实变量。在本文中,我们利用最近开发的黑盒优化(BBO)算法与Ising求解器的整数变量,改善这种优化。此外,该算法可以用来解决混合整数规划问题,是线性和非线性的实数和整数变量,分别。伊辛求解器(模拟退火,量子退火和模拟淬火)和BBO算法(BOCS,FMQA及其变化)的策略之间的差异进行了讨论,为进一步发展的BBO技术。
FPT-algorithms for some problems related to integer programming
在本文中,我们提出了FPT算法的特殊情况下的最短格向量,整数线性规划,和单纯形宽度计算问题,当矩阵包含在问题的配方是近平方。该参数是相应矩阵的秩子式的最大绝对值。此外,我们提出了FPT算法,就相同的参数的问题,当矩阵没有奇异秩子矩阵。
A random copositive matrix is completely positive with positive probability
本文证明随维度增大,随机共正矩阵属于完全正矩阵锥的概率具有正下界,并推广到夹在两锥间的各类矩阵锥。
Conic approach to quantum graph parameters using linear optimization over the completely positive semidefinite cone
本文研究了完全半正定锥$\mathcal{CS}_+^n$,这是一个新的矩阵锥,它由所有的$n\times n$矩阵组成,且这些矩阵可以用正半定矩阵(任意大小)表示.特别地,我们研究了这个锥与完全正锥和双非负锥之间的关系,以及它的对偶锥与迹正非交换多项式之间的关系。我们使用这个新的锥模型的经典的独立性和色图参数$α(G)$和$χ(G)$,这是通过允许变量正半定矩阵,而不是$0/1$标量在程序中定义的经典参数的量子类似物。我们可以将这些量子参数表示为锥$\mathcal{CS}_+^n$上的锥线性规划。使用这种二次曲线的方法,我们可以恢复的theta数的界限,并定义进一步的近似,利用链接跟踪正多项式。
On the closure of the completely positive semidefinite cone and linear approximations to quantum colorings
研究了完全半正定锥$\mathcal{CS}_+^n$的结构性质,该锥由所有的$n \times n$对称矩阵组成,这些对称矩阵可以用任意大小的正半定矩阵表示.该锥已被引入到模型量子图参数作为锥最优化问题。最近它也被用来刻画二分量子关联集$\mathcal Q$,作为它的仿射截面的投影.关于完全半正定锥的结构,我们有两个主要结果,即关于它的内部和关于它的闭包.一方面,我们构建了一个覆盖$\mathcal{CS}_+^n$内部的多面体锥的层次,我们使用它来计算量子色数的一些变体的线性规划的方式。另一方面,我们给出了一个明确的描述的封闭的完全正半定锥,通过显示,它包括所有的矩阵承认一个革兰氏表示的矩阵代数的迹超积。
Steepest Gradient-Based Orthogonal Precoder For Integer-Forcing MIMO
在本文中,我们开发了一个正交预编码方案的整数强制(IF)的线性接收机使用最陡梯度算法。虽然该方案可以被视为酉预编码整数强迫(UPIF)的特殊情况,但它有两个主要优点。首先,正交预编码在可达速率、中断概率和出错率方面优于其酉对应物。我们通过理论和数值分析验证了这一优势。其次,它表现出较低的复杂度,因为正交矩阵的维数是一半的酉矩阵在实值域。为了找到“好”的正交预编码矩阵,我们提出了一个有效的算法的基础上最陡梯度算法,利用正交矩阵的几何性质作为李群。该算法具有较低的复杂度,可以很容易地应用到任意的MIMO配置。我们还在数值上确认,所提出的正交预编码在某些情况下优于UPIF类型II,并且在高阶QAM方案中优于X预编码器,例如,$64$ -和$256$ -QAM。
Matrices of optimal tree-depth and a row-invariant parameterized algorithm for integer programming
对整数规划的固定参数易处理性的一系列研究最终表明,具有n个变量和具有对偶树深度d和最大条目D的约束矩阵的整数规划在时间g(d,D)poly(n)中对于某个函数g是可解的。然而,约束矩阵的对偶树深度不被行操作保留,即,给定的整数规划可以等价于具有较小的对偶树深度的另一个整数规划,并且因此不反映其几何结构。我们证明了行等价矩阵的最小对偶树深度等于由矩阵的列定义的拟阵的分支深度。我们设计了一个计算有限域上拟阵分支深度的固定参数算法和一个计算具有最小对偶树深度的行等价矩阵的固定参数算法。最后,我们使用这些结果来获得一个整数规划运行在时间g(d*,D)poly(n)的算法,其中d* 是分支深度的约束矩阵;分支深度不能被更宽容的分支宽度的概念所取代。
Perfect Copositive Matrices
本文首次研究了完美半正定n×n矩阵,探讨其与经典完美正定矩阵的异同,发现n≥3时存在低秩和不定完美矩阵,并提出完全正矩阵锥的新刻画。
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