PRESENTAZIONE

L’algebra lineare numerica è il settore della matematica che si occupa dello studio delle problematiche legate all’uso di matrici di grandi dimensioni e/o strutturate. Gli sviluppi tecnologici più recenti necessitano infatti della risoluzione al calcolatore di problemi associati a matrici di questo tipo. Scopo dell’insegnamento è approfodire le conoscenze iniziali che vengono introdotte in tale ambito nei corsi della laurea triennale.

OBIETTIVI E CONTENUTI

OBIETTIVI FORMATIVI

L'insegnamento intende approfondire le conoscenze di algebra lineare numerica, con particolare riferimento al trattamento numerico delle matrici di grandi dimensioni, favorendo la comprensione dei metodi più efficienti, sia diretti che iterativi.

OBIETTIVI FORMATIVI (DETTAGLIO) E RISULTATI DI APPRENDIMENTO

L’insegnamento ha lo scopo di fornire agli studenti le conoscenze necessarie ad individuare, comprendere e risolvere i problemi lineari relativi a matrici di grandi dimensioni e/o strutturate che sono presenti nella maggior parte degli ambiti applicativi correnti, come ad esempio, il page ranking in internet, l’elaborazioni di immagini, la tomografia e l’analisi non distruttiva in campo civile e biomedico, l’apprendimento automatico.

Al termine del corso lo studente avrà acquisito conoscenze teoriche sufficienti

• a conoscere ed identificare i principali problemi di carattere lineare che necessitano di algoritmi appositamente sviluppati per poter governare le grandi dimensioni che caratterizzano il modello e/o i dati, come ad esempio, il page ranking in internet, l’elaborazioni di immagini, la tomografia e l’analisi non distruttiva in campo civile e biomedico, l’apprendimento automatico da esempi;
• a scegliere ed applicare strumenti propri dell’algebra lineare numerica per risolvere tali problemi con l’ausilio del calcolatore;
• ad ottimizzare gli algoritmi e il codice numerico implementato per la loro risoluzione numerica;
• ad implementare tali metodologie di carattere algebrico in un linguaggio di programmazione di alto livello.

PREREQUISITI

Gli strumenti matematici necessari alla comprensione degli argomenti trattati sono quelli contenuti negli insegnamenti di algebra lineare e analisi numerica della laurea triennale. Per una comprensione approfondita può comunque risultare utile avere qualche rudimento inerente l'analisi delle funzioni di più variabili, i metodi iterativi per sistemi lineari e la teoria della misura. Gli argomenti dell’insegnamento “Calcolo Numerico”, corso opzionale della laurea triennale, possono risultare utili, sebbene non necessari.

MODALITA' DIDATTICHE

L’attività didattica è costituita da:

• lezioni frontali in modalità tradizionale (44 ore)
• laboratorio (6 ore)

per un totale di 52 ore

PROGRAMMA/CONTENUTO

Trattamento di matrici di grandi dimensioni: matrici sparse, matrici strutturate. Analisi di matrici sparse mediante grafi e tecniche di permutazione. 

Inversa di matrici con modifiche di rango basso, formula di Woodbury-Sherman-Morrison.

Inversa di matrici partizionate a blocchi, complemento di Schur e sue applicazioni.

Matrici separabili, prodotto di Kronecker, somma di Kronecker ed equazioni matriciali associate. Equazione di Lyapunov-Sylvester. Decomposizione spettrale di prodotti di Kronecker.

Metodo QR per matrici sparse.

Localizzazione autovalori (interallacciamento, principio del min-max..) 

Matrice di Fourier, matrici circolanti, matrici di Toeplitz, trasformata Veloce di Fourier (FFT) e le sue applicazioni all'algebra matriciale e all’algebra dei polinomi. 

Metodi di Krylov. Metodo del gradiente coniugato. Analisi della convergenza del gradiente coniugato in relazione allo spettro della matrice. Stime di Axelsson-Lindskog. 

Gradiente coniugato precondizionato. Applicazione a matrici strutturate, precondizionatori circolanti.

Introduzione ai grafi nel contesto dell'algebra lineare, Laplaciano di grafo. Connettività algebrica. Vettore di Fiedler. Misure di centralità: centralità di grado e centralità per autovettore. Cenni al teorema di Perron-Frobenius. Exponential Subgraph Centrality e cenni alle funzioni di matrici. 

TESTI/BIBLIOGRAFIA

In generale, gli appunti presi durante le lezioni e il materiale scaricabile dalla pagina web del corso sono sufficienti per la preparazione dell'esame. Più in dettaglio, possono risultare utili i materiali seguenti:

• D. Bini, M. Capovani, O. Menchi, Metodi Numerici per l'Algebra Lineare (Zanichelli, Bologna, 1988);
• C. Estatico, Gradiente coniugato e regolarizzazione di problemi mal posti (Quaderni del Gruppo Nazionale per l’Informatica Matematica, C.N.R., I.N.d.A.M., 1996).

DOCENTI E COMMISSIONI

LEZIONI

INIZIO LEZIONI

22 settembre 2025

Orari delle lezioni

L'orario di questo insegnamento è consultabile all'indirizzo: Portale EasyAcademy

ESAMI

MODALITA' D'ESAME

L'esame consiste in una prova orale. Durante l'orale saranno discussi brevemente i risultati ottenuti durante il laboratorio.

MODALITA' DI ACCERTAMENTO

La prova orale verte principalmente sugli argomenti di carattere teorico svolti dai docenti, e si prefigge di accertare la comprensione degli stessi, anche mediante la discussione e la giustificazione intuitiva dei concetti analitici e degli esempi applicativi.

La discussione dei relativa al laboratorio verte principalmente sul funzionamento del programma e sull'interpretazione dei risultati.

ALTRE INFORMAZIONI

Sebbene la frequenza alle lezioni sia di carattere facoltativo, essa è fortemente consigliata.

Si ricorda alle studentesse e agli studenti con disabilità o con disturbi specifici dell'apprendimento (DSA) che per poter richiedere adattamenti in sede d'esame occorre prima inserire la certificazione sul sito web di Ateneo alla pagina servizionline.unige.it nella sezione “Studenti”. La documentazione sarà verificata dal Settore servizi per l’inclusione degli studenti con disabilità e con DSA dell’Ateneo.

Successivamente, con significativo anticipo (almeno 10 giorni) rispetto alla data di esame occorre inviare una e-mail al/alla docente con cui si sosterrà la prova di esame, inserendo in copia conoscenza sia il docente Referente di Scuola per l'inclusione degli studenti con disabilità e con DSA (sergio.didomizio@unige.it) sia il Settore sopra indicato. Nella e-mail occorre specificare:

•            la denominazione dell’insegnamento

•            la data dell'appello

•            il cognome, nome e numero di matricola dello studente

•            gli strumenti compensativi e le misure dispensative ritenuti funzionali e richiesti.

Il/la referente confermerà al/alla docente che il/la richiedente ha diritto a fare richiesta di adattamenti in sede d'esame e che tali adattamenti devono essere concordati con il/la docente. Il/la docente risponderà comunicando se sia possibile utilizzare gli adattamenti richiesti.

Le richieste devono essere inviate almeno 10 giorni prima della data dell’appello al fine di consentire al/alla docente di valutarne il contenuto. In particolare, nel caso in cui si intenda usufruire di mappe concettuali per l’esame (che devono essere molto più sintetiche rispetto alle mappe usate per lo studio) se l’invio non rispetta i tempi previsti non vi sarà il tempo tecnico necessario per apportare eventuali modifiche.

Per ulteriori informazioni in merito alla richiesta di servizi e adattamenti consultare il documento: Linee guida per la richiesta di servizi, di strumenti compensativi e/o di misure dispensative e di ausili specifici