1. 引言
线性互补问题在许多领域具有广泛的应用,例如二次规划问题、市场均衡问题、最优控制问题等 [1] [2] [3]。线性互补问题的数学模型为求
,满足
简记为
。其中
为给定的实矩阵,
为给定的实向量。
线性互补问题的解很大程度上取决于矩阵M的性质。若矩阵M为P-矩阵,则线性互补问题有唯一解。2006年,文 [4] 给出结果:设M是P-矩阵,则有
其中
是
的解,
。近年来,国内外学者在此基础上给出了很多特殊矩阵类线性互补问题解的误差界估计式 [5] - [15]。本文将继续讨论P-矩阵的子类B-矩阵线性互补问题解的误差界,给出B-矩阵线性互补问题解的误差界的一个新估计式,并通过理论分析和数值实例说明新估计式的有效性和可行性。
2. 预备知识
令
表示全体正整数的集合,
,若
则称A为严格对角占优矩阵;若
,则称A为Z-矩阵 [11];若A为Z-矩阵且
,则称A为M-矩阵 [11]。
定义1 [3] 设
,若A满足
则称A为P-矩阵。
定义2 [12] 设
,若对任意的
则称A为B-矩阵。
2009年,文 [6] 给出:设
是B-矩阵,
,这里
(1)
则
(2)
其中
,且
。
2016年,文 [9] 给出了优于(2)式的新估计式:设
是B-矩阵,
,其中
形如(1)式,则有
(3)
其中
(4)
2016年,文 [10] 又给出了新的估计式:设
是B-矩阵,且
,其中
形如(1)式,则有:
(5)
其中
,且
。 (6)
3. 主要结果
引理1 [9] 设
和
,则对任意的
,
引理2 [10] 设
且
,则对任意的
引理3 [10]
引理4 [16] 设
是严格对角占优M-矩阵,则有
为叙述方便起见,本文引入以下符号:
3.1. 定理1
设
是B-矩阵,且
形如(1)式,则有:
(7)
其中,
(8)
证明:令
。则有
其中
,由文献 [6] 中定理2.2的证明可知
是主对角元素为正的严格对角占优M-矩阵,于是由引理3可得:
(9)
由引理4可得:
(10)
由引理1可得:
进而,由引理2可得:
由此可得:
(11)
因此,由(10)、(11)式可得(7)式成立。
接下来,对(3)式、(5)式及(7)式进行比较。
3.2. 定理2
设
是B-矩阵,且
,其中
形如(1)式,则有:
(12)
其中
,
,
及
分别如(8)式,(4)式及(6)式所示。
证明:因为
为具有正主对角元的严格对角占优矩阵,因此对任意的
,有
且对任意的
,
则有
(13)
则有
(14)
由(13)式及(14)式可得
(15)
(16)
由(15)式及(16)式可得
(17)
综上,由(15)式及(17)式可得
(18)
因此,
(19)
由(18)式及(19)式可得
4. 数值算例
例1. 考虑B-矩阵
,其中
由(3)式可得
由(5)式可得
由(7)式可得
可见,(7)式优于(3)式和(5)式。
例2. 考虑B-矩阵 [9]
,其中
由(2)式可得
当
时,
,因此该数值结果会趋于正无穷。
由(3)式可得
由(5)式可得
由(7)式可得
由此可知,(7)式优于(2)式、(3)式和(5)式。
由数值算例的结果可知,定理1中的误差界新估计式是可行的、有效的,改进了文献 [9] [10] 中的结果。
5. 结论
理论证明本文所得B-矩阵线性互补问题解的误差界新估计式优于文献 [9] [10] 中的结果,数值算例亦说明了本文所得新估计式的有效性和可行性。
NOTES
*通讯作者。