今年是美国计算数学家David M. Young Jr.(杨大卫)诞辰一百周年。他在博士学位论文中提出的“逐次超松弛迭代法”,在计算机求解大型线性方程组方面发挥着重要作用,成为留名数学史的杰出工作。
杨大卫生前在计算数学界是个响当当的人物。他毕生致力于求解线性方程组的迭代法,最伟大的成就是发明了SOR方法,即逐次超松弛迭代法。更了不起的是,这项与时俱进的发明脱胎于他在1950年完成的博士论文。
杨大卫于1944年在纽约州的韦伯海军建筑学院获得学士学位,为海军工作到二战结束,其后进入哈佛大学数学系读研究生,分别于1947年和1950年获得硕士和博士学位。他的博士论文导师是加勒特·伯克霍夫。
杨大卫的博士论文研究开局并不顺利,甚至来访的索斯韦尔爵士也留下一句令人沮丧的评述“任何机械化松弛方法的尝试都是浪费时间”。但他毫不气馁,继续工作。
不久他有了一个好发现:对某些线性方程组,高斯-赛德尔迭代矩阵的特征值是雅可比迭代矩阵特征值的平方。得益于从阅读相关文章获得的灵感,杨大卫有了突破性的进展:对于他通过引进超松弛因子ω而设计出的SOR方法,如果方程组系数矩阵A一致有序,则其迭代矩阵的特征值与雅可比方法迭代矩阵的特征值有个关键性的关系。
正如杨大卫在他博士论文中得到的,当A是一致有序时,Mω的任一特征值λ和雅可比迭代矩阵M1的一个特征值μ满足如下关系(λ + ω -1)2 = λω2μ2。如果A是对称正定的,则M1的特征值都为实数,且绝对值小于1。这时SOR方法的最佳因子为其对应的SOR方法迭代矩阵的谱半径为
上世纪四十年代末,杨大卫研究迭代方法伊始,对于在新生的电子计算机上使用迭代法求解大型问题的想法,有人表示怀疑。但自从他开创性的博士论文问世后,迭代法已被广泛应用于科学和工程中,并衍生出许多新的变种。
在科学计算的广阔领域,杨大卫的功绩永远不会被人遗忘,今年12月21日是他十五周年忌辰,谨以此短文感谢他,并简单介绍他留名数学史的博士论文成果——SOR方法。