何回まわせば足りるか - 反復の回数を先に見積もる
縮小写像を反復すれば不動点に近づく。では何回まわせば、小数第 位まで合うのか[2]。
答えは回す前に出せる。縮む比 と、最初の 歩の幅だけで決まる。
見積もりを立ててから実際に回し、どれだけ余裕があったかを確かめる。
誤差の評価を作る
、 とする[1]。
歩ずつの幅は等比数列でおさえられる。
不動点までの距離は、そこから先の幅を全部足したものより小さい。
回す前に分かるので、事前評価と呼ばれる。 と最初の 歩だけで書けている。
途中まで回したあとなら、もっと締まった形が使える。
こちらは事後評価である。実際に縮んだ幅を見るので、見積もりが現実に寄る。
題材を決める
を でとる。不動点は の解である[3]。
縮む比は導関数の最大値から出る。 で、 での最大は である。
に近い。あまり縮まない写像だと分かる。
出発点を とすると で、最初の 歩は である。
必要な回数を出す
小数第 位、つまり誤差 を目標にする。事前評価の式に入れる。
なので、 が条件になる。
両辺の対数をとる。 の底は何でもよい。
回である。回す前に、必要な回数が決まった。
実際に回してみる
から順に計算する。値は 回ごとに拾う。
| 回数 | 値 | 誤差 |
|---|---|---|
不動点は である[3]。誤差が 回ごとに 倍になっている。
回あたりでは 倍である。これは不動点での傾き に一致する。
の比で まで縮めるなら、必要なのは 回ほどになる。
見積もりの 回に対し、実際は 回で足りた。 倍の余裕があったことになる。
差が出る理由
を区間全体での最大値からとったためである。 の右端では傾きが だが、不動点の近くでは しかない。
反復はすぐ不動点の近くへ入るので、そこから先は小さいほうの比で縮む。事前評価は安全側に振れる。
事後評価を使うと差が縮まる。 回まわした時点で なので、次の値が出る。
実際の誤差 に対してまだ 倍ゆるい。それでも事前評価よりは締まっている。
比が 1 に近づくと跳ねる
を変えて、必要な回数を並べる。目標は同じ 、最初の 歩も とする。
| 必要な回数 | |
|---|---|
が に近づくと回数が跳ね上がる。 から へ動かしただけで 倍になった。
分母の が に近づくためである。 なら で、回数は に反比例する。
ニュートン法と比べる
同じ方程式を別の反復で解く。 の零点を探す形にする[4]。
から回すと、、、 になる。
誤差を並べると 、、、 程度である。
桁数が毎回およそ倍になっている。二次収束と呼ばれる速さで、縮小写像の一次収束とは別の型になる[4]。
回で を越えた。 回と 回の差が、収束の型の差である。
どちらを選ぶか
ニュートン法が速いが、導関数が要る。零点の近くから始めないと外れることもある[4]。
縮小写像の反復は遅いかわり、 さえ言えればどこから始めても届く[1]。しかも回数が先に読める。
作用素の方程式では導関数が作れない場面が多い。そのときは、遅くても確実な道を選ぶことになる。
比が で毎回縮む。回数を先に読める。出発点を選ばない
桁数が毎回倍になる。導関数が要り、近くから始める必要がある
回数の出し方を、比を変えてもう一度たどる。
縮む比が 、最初の 歩が のとき、誤差 に届くまでの回数はどれに近いか。
- 回
- 回
- 回
よくある誤り
比を見積もり、回数を計算し、それから回す。この順番にすると、いつ止めてよいかが最初から分かる。










kn<10−6×0.1/0.3776=2.65×10−7 を解く。ln をとると n>15.145/0.10536=143.7 なので 144 回である。20 回は k=0.5 の場合、1736 回は k=0.99 の場合になる。