A certified infinite norm for the validation of numerical algorithms - Archive ouverte HAL
Rapport (Rapport De Recherche) Année : 2006

A certified infinite norm for the validation of numerical algorithms

Sylvain Chevillard
Christoph Lauter

Résumé

The development of numerical algorithms requires the bounding image domain of functions, in particular functions eps(x) associated to an approximation error. This problem can often be reduced to computing the infinite norm ||eps(x)|| of the given function eps(x). For instance, the development of elementary function operators in hard- and software makes use of such algorithms. Implementations for computing in practice highly accurate floating-point approximations to infinite norms are known and available. Nevertheless, no highly precise, sufficiently fast and certified or self-validating algorithms are available. Their results could be seen as an element in the correctness proof of safety critical or provenly guaranteed implementations. We present an algorithm for computing infinite norms in interval arithmetic. The algorithm is optimized for functions representing absolute or relative approximation errors that are ill-conditioned because of high cancellation. It can handle even functions that are numerically unstable on floating-point points because they are defined there only by continuous extension. In addition the given algorithm is capable of generating a correctness proof for an infinite norm instance by retaining its computational tree.
Le développement d'algorithmes numériques nécessite de borner certaines fonctions, en particulier les fonctions représentant une erreur d'approximation. Ce problème se réduit au calcul de la norme infinie ||eps(x)|| de la fonction d'erreur eps(x). Par exemple, le développement de fonctions élémentaires, tant au niveau logiciel que matériel, utilise ce genre de calcul. Il existe déjà des implémentations de la norme infinie fournissant une très bonne approximation de la valeur réelle de la norme. Cependant, il n'existe pas d'algorithme capable de fournir un résultat à la fois précis et sûr. On entend par sûr, un algorithme qui renvoie une valeur majorant la norme réelle et qui fournit par ailleurs un certicat prouvant la validité de cette majoration. Nous proposons un algorithme de calcul de la norme infinie utilisant l'arithmétique d'intervalles. Cet algorithme est optimisé pour les fonctions correspondant à une erreur relative ou absolue, c'est-à-dire des fonctions numériquement très mal conditionnée du fait d'importantes cancellations. Notre algorithme peut aussi, dans une certaine mesure, travailler avec des fonctions numériquement instables à proximité de certains points où elles ne sont définies que par continuité. Enfin, notre algorithme peut retenir l'arbre des calculs qu'il a effectués afin de produire une preuve de correction du résultat de son calcul.
Fichier principal
Vignette du fichier
ResearchReport.lip.pdf (236.02 Ko) Télécharger le fichier
Origine Fichiers produits par l'(les) auteur(s)

Dates et versions

ensl-00119810 , version 1 (12-12-2006)

Licence

Identifiants

  • HAL Id : ensl-00119810 , version 1

Citer

Sylvain Chevillard, Christoph Lauter. A certified infinite norm for the validation of numerical algorithms. RR2006-49, Laboratoire de l'informatique du parallélisme. 2006. ⟨ensl-00119810⟩
680 Consultations
451 Téléchargements

Partager

More