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Sharp error bounds for complex floating-point inversion

Authors :
Nicolas Louvet
Antoine Plet
Jean-Michel Muller
Claude-Pierre Jeannerod
Arithmetic and Computing (ARIC)
Inria Grenoble - Rhône-Alpes
Institut National de Recherche en Informatique et en Automatique (Inria)-Institut National de Recherche en Informatique et en Automatique (Inria)-Laboratoire de l'Informatique du Parallélisme (LIP)
École normale supérieure - Lyon (ENS Lyon)-Université Claude Bernard Lyon 1 (UCBL)
Université de Lyon-Université de Lyon-Institut National de Recherche en Informatique et en Automatique (Inria)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-École normale supérieure - Lyon (ENS Lyon)-Université Claude Bernard Lyon 1 (UCBL)
Université de Lyon-Université de Lyon-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)
Laboratoire de l'Informatique du Parallélisme (LIP)
Université de Lyon-Université de Lyon-Institut National de Recherche en Informatique et en Automatique (Inria)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)
École normale supérieure - Lyon (ENS Lyon)
École normale supérieure de Lyon (ENS de Lyon)-Université Claude Bernard Lyon 1 (UCBL)
Université de Lyon-Université de Lyon-Institut National de Recherche en Informatique et en Automatique (Inria)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-École normale supérieure de Lyon (ENS de Lyon)-Université Claude Bernard Lyon 1 (UCBL)
École normale supérieure de Lyon (ENS de Lyon)
Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université de Lyon-Institut National de Recherche en Informatique et en Automatique (Inria)-Université Claude Bernard Lyon 1 (UCBL)
Université de Lyon-École normale supérieure - Lyon (ENS Lyon)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université de Lyon-Université Claude Bernard Lyon 1 (UCBL)
Université de Lyon-École normale supérieure - Lyon (ENS Lyon)
Source :
Numerical Algorithms, Numerical Algorithms, Springer Verlag, 2016, 73 (3), pp.735-760. ⟨10.1007/s11075-016-0115-x⟩, Numerical Algorithms, 2016, 73 (3), pp.735-760. ⟨10.1007/s11075-016-0115-x⟩
Publication Year :
2016
Publisher :
HAL CCSD, 2016.

Abstract

International audience; We study the accuracy of the classic algorithm for inverting a complex number given by its real and imaginary parts as floating-point numbers. Our analyses are done in binary floating-point arithmetic, with an unbounded exponent range and in precision $p$; we also assume that the basic arithmetic operations ($+$, $-$, $\times$, $/$) are rounded to nearest, so that the roundoff unit is $u = 2^{-p}$. We bound the largest relative error in the computed inverse either in the componentwise or in the normwise sense. We prove the componentwise relative error bound $3u$ for the complex inversion algorithm (assuming $p \ge 4$), and we show that this bound is asymptotically optimal (as $p\to \infty$) when $p$ is even, and sharp when using one of the basic IEEE 754 binary formats with an odd precision ($p=53,113$). This componentwise bound obviously leads to the same bound $3u$ for the normwise relative error. However, we prove that the smaller bound $2.707131u$ holds (assuming $p \ge 24$) for the normwise relative error, and we illustrate the sharpness of this bound for the basic IEEE 754 binary formats ($p=24, 53, 113$) using numerical examples.

Details

Language :
English
ISSN :
10171398 and 15729265
Database :
OpenAIRE
Journal :
Numerical Algorithms, Numerical Algorithms, Springer Verlag, 2016, 73 (3), pp.735-760. ⟨10.1007/s11075-016-0115-x⟩, Numerical Algorithms, 2016, 73 (3), pp.735-760. ⟨10.1007/s11075-016-0115-x⟩
Accession number :
edsair.doi.dedup.....c72b9abab8fd5ae4f15eccd31b7b44ff