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Volume 17 - 2014

Fiche article :

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Some efficient methods for computing the determinant of large sparse matrices

Méthodes efficaces de calcul du déterminant de grandes matrices creuses

Emmanuel Kamgnia* - Louis Bernard Nguenang*

*Department of Computer Science,
University of Yaoundé I, Yaoundé, Cameroon.
erkamgnia@yahoo.fr
lnguenang@yahoo.fr

(2) Sorbonne Universités, UPMC Univ Paris 06
LIP6 Laboratory
Paris, France
nora_bounour@yahoo.fr

RÉSUMÉ. Le calcul de déterminants intervient dans certaines applications scientifiques, comme par exemple dans le comptage du nombre de valeurs propres d'une matrice situées dans un domaine borné du plan complexe. Lorsqu'on utilise une approche fondée sur l'application du théorème des résidus, l'intégration nous ramène à l'évaluation de l'argument principal du logarithme complexe de la fonction g(z) = det((z + h)I - A)/ det(zI - A), en un grand nombre de points, pour ne pas sauter d'une branche à l'autre du logarithme complexe. Nous proposons dans cet article quelques méthodes efficaces pour le calcul du déterminant d'une matrice grande et creuse, et qui peut être transformée sous forme de blocs structurés. Les résultats numériques, issus de tests sur des matrices générées de façon aléatoire, confirment l'efficacité et la robustesse des méthodes proposées.

ABSTRACT. The computation of determinants intervenes in many scientific applications, as for example in the localization of eigenvalues of a given matrix A in a domain of the complex plane. When a procedure based on the application of the residual theorem is used, the integration process leads to the evaluation of the principal argument of the complex logarithm of the function g(z) = det((z + h)I - A)/ det(zI - A), and a large number of determinants is computed to insure that the same branch of the complex logarithm is followed during the integration. In this paper, we present some efficient methods for computing the determinant of a large sparse and block structured matrix. Tests conducted using randomly generated matrices show the efficiency and robustness of our methods.

MOTS-CLÉS : Déterminants, valeurs propres, polynôme caractéristique, factorisation LU, complément de Schur, SPIKE.

KEYWORDS: Determinant, eigenvalues, LU factorization, characteristic polynomial, Schur complement, SPIKE.

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