如何在 R 中制作对称三对角矩阵（威尔金森矩阵）并计算特征值？

【问题标题】：How can I make a symmetric tridiagonal matrix (Wilkinson matrix) in R and compute the eigenvalues?如何在 R 中制作对称三对角矩阵（威尔金森矩阵）并计算特征值？
【发布时间】：2021-12-18 07:58:24
【问题描述】：

在线性代数中，Wilkinson 矩阵是对称的、三对角的、具有几乎但不完全相等的对的 N 阶矩阵特征值。威尔金森矩阵在许多领域都有应用，包括科学计算、数值线性代数和信号处理。(Wikipedia)

按照维基百科的矩阵示例，我有这个矩阵：

     [,1] [,2] [,3] [,4] [,5] [,6] [,7]
[1,]    3    1    0    0    0    0    0
[2,]    1    2    1    0    0    0    0
[3,]    0    1    1    1    0    0    0
[4,]    0    0    1    0    1    0    0
[5,]    0    0    0    1    1    1    0
[6,]    0    0    0    0    1    2    1
[7,]    0    0    0    0    0    1    3

如何创建此矩阵并计算 R 中的特征值？

【问题讨论】：

标签： r matrix linear-algebra eigenvalue eigenvector

【解决方案1】：

使用此脚本，您可以创建 Wilkinson 矩阵并计算特征值

identity_6_by_7 <- diag(rep.int(1, 6), 6, 7) # create a 6x7 matrix with ones on the main diagonal
below_the_diagonal <- rbind(0, identity_6_by_7) # create a row of zeros below the diagonal 
identity_7_by_6 <- diag(rep.int(1, 6), 7, 6) # matrix with the ones offset one up from the diagonal
above_the_diagonal <- cbind(0, identity_7_by_6) # create a row of zeros above the diagonal 
on_the_diagonal <- diag(abs(seq.int(-3, 3))) # diagonal of values from abs(-3 to 3)
wilkinson_21 <- below_the_diagonal + above_the_diagonal + on_the_diagonal
eigen(wilkinson_21)$values # eigen values

你可以检查特征：

eigen(wilkinson_21)$values
[1]  3.7615572  3.7320508  2.3633282  2.0000000  1.0000000  0.2679492 -1.1248854

【讨论】：