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Considere 30 a 30 matrizes de Toeplitz, cujas entradas são 0 ou 1. Esse desafio é um desafio simples de otimização para encontrar a matriz com o maior determinante possível.

Entrada Nenhuma

Saída Uma matriz Toeplitz de 30 por 30, cujas entradas são 0 ou 1, juntamente com seu determinante.

Pontuação O determinante da matriz que você produz. Se duas pessoas obtiverem a mesma pontuação, a primeira resposta vence.

Entradas principais até agora

65.455.857.159.975 em Matlab por Nick Alger (aproximadamente (10 ^ 13,8))
65,455,857,159,975 em Python por isaacg (aproximadamente 10 ^ 13,8)
39.994.961.721.988 no Mathematica até 2012rcampion (aproximadamente 10 ^ 13,6)
39.788.537.400.052 em R por Solha (aproximadamente 10 ^ 13,6)
8.363.855.075.832 em Python por Vioz- (aproximadamente 10 ^ 12.9)
6.984.314.690.903 em Julia por Alex A. (aproximadamente 10 ^ 12,8)

Restrições adicionais irritantes 16 de julho de 2015

Se possível, use aritmética arbitrária ou de alta precisão para calcular o determinante final da saída, para que possamos ter certeza do que realmente é (deve sempre ser um número inteiro). Em python, isso deve ser útil.

code-challenge math optimization

— Comunidade
fonte

Estou surpreso que esse problema ainda não esteja resolvido. A resposta é conhecida para matrizes circulantes?

— Xnor

1

@NickAlger Se a biblioteca estiver disponível publicamente para todos, você poderá usá-la.

— orlp 16/07/2015

2

@immibis Infelizmente, existem 2 ^ 59 deles.

1

É interessante que dois métodos independentes tenham alcançado uma matriz de Toeplitz com exatamente o determinante máximo da matriz circulante. Não tenho nenhuma intuição matemática sobre o porquê - isso é determinante apenas comum para matrizes binárias de Toeplitz?

— lirtosiast

1

@ Min_25 Eu deveria ter no máximo 19 até amanhã. Você receberá o código / valores na pergunta relacionada, Lembik. Com algoritmos heurísticos, atingi no máximo exatamente os mesmos valores para n = 30 que os outros dois pôsteres até agora. Várias vezes, com randomização envolvida. Também com matrizes circulantes como resultado toda vez que alcanço esse máximo, mesmo que minha pesquisa não esteja restrita a matrizes circulantes. BTW, outro fato desconcertante (para mim): o máximo para n = 15 é exatamente 2 ^ 17.

— Reto Koradi 21/07

11

Matlab, 65.455.857.159.975 (10 ^ 13,8159)

O método consiste em subida gradiente no interior do cubo [0,1] ^ 59, com muitas suposições iniciais aleatórias e arredondamento no final para transformar tudo em zero e um.

Matriz:

0   1   1   1   0   0   0   0   1   0   1   1   0   1   0   0   1   0   0   0   1   0   1   1   1   0   1   1   1   0
0   0   1   1   1   0   0   0   0   1   0   1   1   0   1   0   0   1   0   0   0   1   0   1   1   1   0   1   1   1
1   0   0   1   1   1   0   0   0   0   1   0   1   1   0   1   0   0   1   0   0   0   1   0   1   1   1   0   1   1
1   1   0   0   1   1   1   0   0   0   0   1   0   1   1   0   1   0   0   1   0   0   0   1   0   1   1   1   0   1
1   1   1   0   0   1   1   1   0   0   0   0   1   0   1   1   0   1   0   0   1   0   0   0   1   0   1   1   1   0
0   1   1   1   0   0   1   1   1   0   0   0   0   1   0   1   1   0   1   0   0   1   0   0   0   1   0   1   1   1
1   0   1   1   1   0   0   1   1   1   0   0   0   0   1   0   1   1   0   1   0   0   1   0   0   0   1   0   1   1
1   1   0   1   1   1   0   0   1   1   1   0   0   0   0   1   0   1   1   0   1   0   0   1   0   0   0   1   0   1
1   1   1   0   1   1   1   0   0   1   1   1   0   0   0   0   1   0   1   1   0   1   0   0   1   0   0   0   1   0
0   1   1   1   0   1   1   1   0   0   1   1   1   0   0   0   0   1   0   1   1   0   1   0   0   1   0   0   0   1
1   0   1   1   1   0   1   1   1   0   0   1   1   1   0   0   0   0   1   0   1   1   0   1   0   0   1   0   0   0
0   1   0   1   1   1   0   1   1   1   0   0   1   1   1   0   0   0   0   1   0   1   1   0   1   0   0   1   0   0
0   0   1   0   1   1   1   0   1   1   1   0   0   1   1   1   0   0   0   0   1   0   1   1   0   1   0   0   1   0
0   0   0   1   0   1   1   1   0   1   1   1   0   0   1   1   1   0   0   0   0   1   0   1   1   0   1   0   0   1
1   0   0   0   1   0   1   1   1   0   1   1   1   0   0   1   1   1   0   0   0   0   1   0   1   1   0   1   0   0
0   1   0   0   0   1   0   1   1   1   0   1   1   1   0   0   1   1   1   0   0   0   0   1   0   1   1   0   1   0
0   0   1   0   0   0   1   0   1   1   1   0   1   1   1   0   0   1   1   1   0   0   0   0   1   0   1   1   0   1
1   0   0   1   0   0   0   1   0   1   1   1   0   1   1   1   0   0   1   1   1   0   0   0   0   1   0   1   1   0
0   1   0   0   1   0   0   0   1   0   1   1   1   0   1   1   1   0   0   1   1   1   0   0   0   0   1   0   1   1
1   0   1   0   0   1   0   0   0   1   0   1   1   1   0   1   1   1   0   0   1   1   1   0   0   0   0   1   0   1
1   1   0   1   0   0   1   0   0   0   1   0   1   1   1   0   1   1   1   0   0   1   1   1   0   0   0   0   1   0
0   1   1   0   1   0   0   1   0   0   0   1   0   1   1   1   0   1   1   1   0   0   1   1   1   0   0   0   0   1
1   0   1   1   0   1   0   0   1   0   0   0   1   0   1   1   1   0   1   1   1   0   0   1   1   1   0   0   0   0
0   1   0   1   1   0   1   0   0   1   0   0   0   1   0   1   1   1   0   1   1   1   0   0   1   1   1   0   0   0
0   0   1   0   1   1   0   1   0   0   1   0   0   0   1   0   1   1   1   0   1   1   1   0   0   1   1   1   0   0
0   0   0   1   0   1   1   0   1   0   0   1   0   0   0   1   0   1   1   1   0   1   1   1   0   0   1   1   1   0
0   0   0   0   1   0   1   1   0   1   0   0   1   0   0   0   1   0   1   1   1   0   1   1   1   0   0   1   1   1
1   0   0   0   0   1   0   1   1   0   1   0   0   1   0   0   0   1   0   1   1   1   0   1   1   1   0   0   1   1
1   1   0   0   0   0   1   0   1   1   0   1   0   0   1   0   0   0   1   0   1   1   1   0   1   1   1   0   0   1
1   1   1   0   0   0   0   1   0   1   1   0   1   0   0   1   0   0   0   1   0   1   1   1   0   1   1   1   0   0

Código:

% Toeplitz 0-1 determinant optimization

n = 30;
m = n + n-1;

toeplitz_map = @(w) toeplitz(w(n:-1:1), w(n:end));

objective = @(w) det(toeplitz_map(w));

detgrad = @(A) det(A)*inv(A)';

toeplitz_map_matrix = zeros(n^2,m);
for k=1:m
    ek = zeros(m,1);
    ek(k) = 1;
    M = toeplitz_map(ek);
    toeplitz_map_matrix(:,k) = M(:);
end

gradient = @(w) (reshape(detgrad(toeplitz_map(w)),1,n^2)*...
                 toeplitz_map_matrix)';

%check gradient with finite differences
w = randn(m,1);
dw = randn(m,1);
s = 1e-6;
g_diff = (objective(w+s*dw) - objective(w))/s;
g = gradient(w)'*dw;
grad_err = (g - g_diff)/g_diff

warning('off')
disp('multiple gradient ascent:')
w_best = zeros(m,1);
f_best = 0;
for trial=1:100000
    w0 = rand(m,1);
    w = w0;
    alpha0 = 1e-5; %step size
    for k=1:20
        f = objective(w);
        g = gradient(w);
        alpha = alpha0;
        for hh=1:100
            w2 = w + alpha*g;
            f2 = objective(w2);
            if f2 > f
                w = w2;
                break;
            else
                alpha = alpha/2;
            end
        end

        buffer = 1e-4;
        for jj=1:m
            if (w(jj) > 1)
                w(jj) = 1 - buffer;
            elseif (w(jj) < 0)
                w(jj) = 0 + buffer;
            end
        end
    end

    w = round(w);
    f = objective(w);
    if f > f_best
        w_best = w;
        f_best = f;
    end
    disp(trial)
    disp(f_best)
    disp(f)
end

M = toeplitz_map(w_best);

A matemática por trás da computação do gradiente:

No produto interno elementar (isto é, produto interno Hilbert-Schmidt), o gradiente do determinante tem o representante G de Riesz dado por

G = det (A) A ^ (- *).

O mapa, J, das variáveis de otimização (valores diagonais) às matrizes de toeplitz é linear, de modo que o gradiente geral g é a composição desses dois mapas lineares,

g = (vec (G) * J) »,

onde vec () é o operador de vetorização que pega uma matriz e a desdobra em um vetor.

Subida gradiente interior:

Depois disso, tudo o que você precisa fazer é escolher um vetor inicial dos valores da diagonal w_0 e, para alguns tamanhos de etapas pequenos, a iteração alfa:

w_proposed = w_k + alfa * g_k
para obter w_ (k + 1), use w_proposed e trunque valores fora de [0,1] para 0 ou 1
repita até ficar satisfeito e arredonde tudo para 0 ou 1.

Meu resultado alcançou esse determinante depois de realizar aproximadamente 80.000 tentativas com suposições iniciais aleatórias uniformes.

— Nick Alger
fonte

O link OEIS que você forneceu foi para matrizes circulantes, que são um caso especial de matrizes Topelitz. Tão melhor ainda é possível.

— Isaacg

@isaacg E também extremamente provável!

Sim, claro, eu estava incorreto sobre isso. Eu editei minha postagem para corrigi-la.

— Nick Alger

1

Sim, chegou a esse valor na iteração 250 e permaneceu lá por 100000 iterações. O vetor que define a matriz toeplitz de 18x18 com o determinante 2994003 foi [0,0,0,1,0,1,1,1,1,0,0,1,1,0,0,0,1,0,1,0, 0,0,1,0,1,1,1,1,0,1,1,0,0,0,1,0], onde a ordem vai do canto inferior esquerdo para o canto superior direito.

— Nick Alger

2

Eu concedi a vitória a você quando você teve uma nova idéia e o primeiro número IIRC mais alto. Ah, e isso mostra por que sua resposta funciona math.stackexchange.com/questions/1364471/… .

11

Python 2 com Numpy, 65.455.857.159.975 ~ = 10 ^ 13,8

É uma escalada, o mais direto possível. Cálculo determinante final realizado usando o SymPy para fornecer um resultado exato. Todas as matrizes encontradas com esse determinante são circulantes.

Matrizes encontradas com esse determinante, dadas como valor da diagonal do canto inferior esquerdo para o canto superior direito:

01000100101101000011100111011101000100101101000011100111011
01011101110011100001011010010001011101110011100001011010010
01100001000111011101001110100101100001000111011101001110100
01110100111010010110000100011101110100111010010110000100011
01011101110001000011010010111001011101110001000011010010111
01000101100010110100111101110001000101100010110100111101110
01000100101101000011100111011101000100101101000011100111011

O primeiro, como uma matriz:

[[1 0 1 0 0 0 1 0 0 1 0 1 1 0 1 0 0 0 0 1 1 1 0 0 1 1 1 0 1 1]
 [1 1 0 1 0 0 0 1 0 0 1 0 1 1 0 1 0 0 0 0 1 1 1 0 0 1 1 1 0 1]
 [1 1 1 0 1 0 0 0 1 0 0 1 0 1 1 0 1 0 0 0 0 1 1 1 0 0 1 1 1 0]
 [0 1 1 1 0 1 0 0 0 1 0 0 1 0 1 1 0 1 0 0 0 0 1 1 1 0 0 1 1 1]
 [1 0 1 1 1 0 1 0 0 0 1 0 0 1 0 1 1 0 1 0 0 0 0 1 1 1 0 0 1 1]
 [1 1 0 1 1 1 0 1 0 0 0 1 0 0 1 0 1 1 0 1 0 0 0 0 1 1 1 0 0 1]
 [1 1 1 0 1 1 1 0 1 0 0 0 1 0 0 1 0 1 1 0 1 0 0 0 0 1 1 1 0 0]
 [0 1 1 1 0 1 1 1 0 1 0 0 0 1 0 0 1 0 1 1 0 1 0 0 0 0 1 1 1 0]
 [0 0 1 1 1 0 1 1 1 0 1 0 0 0 1 0 0 1 0 1 1 0 1 0 0 0 0 1 1 1]
 [1 0 0 1 1 1 0 1 1 1 0 1 0 0 0 1 0 0 1 0 1 1 0 1 0 0 0 0 1 1]
 [1 1 0 0 1 1 1 0 1 1 1 0 1 0 0 0 1 0 0 1 0 1 1 0 1 0 0 0 0 1]
 [1 1 1 0 0 1 1 1 0 1 1 1 0 1 0 0 0 1 0 0 1 0 1 1 0 1 0 0 0 0]
 [0 1 1 1 0 0 1 1 1 0 1 1 1 0 1 0 0 0 1 0 0 1 0 1 1 0 1 0 0 0]
 [0 0 1 1 1 0 0 1 1 1 0 1 1 1 0 1 0 0 0 1 0 0 1 0 1 1 0 1 0 0]
 [0 0 0 1 1 1 0 0 1 1 1 0 1 1 1 0 1 0 0 0 1 0 0 1 0 1 1 0 1 0]
 [0 0 0 0 1 1 1 0 0 1 1 1 0 1 1 1 0 1 0 0 0 1 0 0 1 0 1 1 0 1]
 [1 0 0 0 0 1 1 1 0 0 1 1 1 0 1 1 1 0 1 0 0 0 1 0 0 1 0 1 1 0]
 [0 1 0 0 0 0 1 1 1 0 0 1 1 1 0 1 1 1 0 1 0 0 0 1 0 0 1 0 1 1]
 [1 0 1 0 0 0 0 1 1 1 0 0 1 1 1 0 1 1 1 0 1 0 0 0 1 0 0 1 0 1]
 [1 1 0 1 0 0 0 0 1 1 1 0 0 1 1 1 0 1 1 1 0 1 0 0 0 1 0 0 1 0]
 [0 1 1 0 1 0 0 0 0 1 1 1 0 0 1 1 1 0 1 1 1 0 1 0 0 0 1 0 0 1]
 [1 0 1 1 0 1 0 0 0 0 1 1 1 0 0 1 1 1 0 1 1 1 0 1 0 0 0 1 0 0]
 [0 1 0 1 1 0 1 0 0 0 0 1 1 1 0 0 1 1 1 0 1 1 1 0 1 0 0 0 1 0]
 [0 0 1 0 1 1 0 1 0 0 0 0 1 1 1 0 0 1 1 1 0 1 1 1 0 1 0 0 0 1]
 [1 0 0 1 0 1 1 0 1 0 0 0 0 1 1 1 0 0 1 1 1 0 1 1 1 0 1 0 0 0]
 [0 1 0 0 1 0 1 1 0 1 0 0 0 0 1 1 1 0 0 1 1 1 0 1 1 1 0 1 0 0]
 [0 0 1 0 0 1 0 1 1 0 1 0 0 0 0 1 1 1 0 0 1 1 1 0 1 1 1 0 1 0]
 [0 0 0 1 0 0 1 0 1 1 0 1 0 0 0 0 1 1 1 0 0 1 1 1 0 1 1 1 0 1]
 [1 0 0 0 1 0 0 1 0 1 1 0 1 0 0 0 0 1 1 1 0 0 1 1 1 0 1 1 1 0]
 [0 1 0 0 0 1 0 0 1 0 1 1 0 1 0 0 0 0 1 1 1 0 0 1 1 1 0 1 1 1]]

Código:

import numpy as np
import sympy as sp
import random
import time
SIZE = 30

random.seed(0)

def gen_diag():
    return [random.randint(0, 1) for i in range(SIZE*2 - 1)]

def diag_to_mat(diag):
    return [diag[a:a+SIZE] for a in range(SIZE-1, -1, -1)]

def diag_to_det(diag):
    matrix = diag_to_mat(diag)
    return np.linalg.det(matrix)

def improve(diag):
    old_diag = diag
    really_old_diag = []
    while really_old_diag != old_diag:
        really_old_diag = old_diag
        for flip_at in range(SIZE * 2 - 1):
            new_diag = old_diag[:]
            new_diag[flip_at] ^= 1
            old_diag = max(old_diag, new_diag, key=diag_to_det)
    return old_diag

overall_best_score = 0
time.clock()
while time.clock() < 500:
    best = improve(gen_diag())
    best_score = diag_to_det(best)
    if best_score > overall_best_score:
        overall_best_score = best_score
        overall_best = best
        print(time.clock(), sp.Matrix(diag_to_mat(overall_best)).det(), ''.join(map(str,overall_best)))


mat = diag_to_mat(overall_best)

sym_mat = sp.Matrix(mat)

print(overall_best)
print(sym_mat.det())

— isaacg
fonte

1

Isso é loucura. Bom trabalho.

— Alex A.

O .227 é um pouco preocupante. Você acha que existe uma maneira de confiar no que realmente é o determinante?

Parece que stackoverflow.com/questions/6876377/… pode ajudar a avaliar o determinante final?

@ Lembik Obrigado - SymPy fez o truque.

— Isaacg

Isso é realmente bom!

10

R, 39 788 537 400 052

Aqui está minha tentativa de criar um algoritmo genético, mas apenas com a reprodução assexuada. Espero ter entendido o desafio corretamente. Edit: acelerou um pouco, tentou uma semente aleatória diferente e restringiu-se a 100 gerações.

    options(scipen=999)

toeplitz <- function(x){
# make toeplitz matrix with first row
# x[1:a] and first col x[(a+1):n]
# where n is the length of x and a= n/2
# Requires x to have even length
#
# [1,1] entry is x[a+1]

N <- length(x)/2
out <- matrix(0, N, N)
out[1,] <- x[1:N]
out[,1] <- x[(N+1):length(x)]
for (i in 2:N){
  for (j in 2:N){
    out[i,j] <- out[i-1, j-1]
  }
} 

out
}

set.seed(1002)

generations <- 100
popsize <- 25
cols <- 60
population <- matrix(sample(0:1, cols*popsize, replace=T), nc=cols)
numfresh <- 5 # number of totally random choices added to population

for (i in 1:generations){

fitness <- apply(population, 1, function(x) det(toeplitz(x)) )
mother <- which(fitness==max(fitness))[1]

population <- matrix(rep(population[mother,], popsize), nc=cols, byrow=T)
for (i in 2:(popsize-numfresh)){
  x <- sample(cols, 1)
  population[i,x] <- 1-population[i,x]
}
for (i in (popsize-numfresh +1):popsize){
  population[i,] <- sample(0:1, cols, replace=T)
}


print(population[1,])
print(fitness[mother])
print(det(toeplitz(population[1,]))) # to check correct

}

Resultado:

print(population[1, 1:(cols/2)]) # first row
print(population[1, (cols/2+1):(cols)]) # first column (overwrites 1st row)

to <- toeplitz(population[1,])

for (i in 1:(cols/2)) cat(to[i,], "\n")

1 1 1 0 1 0 0 0 0 1 0 0 1 0 0 0 0 1 1 1 0 1 1 1 1 0 0 0 1 0 
0 1 1 1 0 1 0 0 0 0 1 0 0 1 0 0 0 0 1 1 1 0 1 1 1 1 0 0 0 1 
1 0 1 1 1 0 1 0 0 0 0 1 0 0 1 0 0 0 0 1 1 1 0 1 1 1 1 0 0 0 
0 1 0 1 1 1 0 1 0 0 0 0 1 0 0 1 0 0 0 0 1 1 1 0 1 1 1 1 0 0 
0 0 1 0 1 1 1 0 1 0 0 0 0 1 0 0 1 0 0 0 0 1 1 1 0 1 1 1 1 0 
0 0 0 1 0 1 1 1 0 1 0 0 0 0 1 0 0 1 0 0 0 0 1 1 1 0 1 1 1 1 
1 0 0 0 1 0 1 1 1 0 1 0 0 0 0 1 0 0 1 0 0 0 0 1 1 1 0 1 1 1 
1 1 0 0 0 1 0 1 1 1 0 1 0 0 0 0 1 0 0 1 0 0 0 0 1 1 1 0 1 1 
1 1 1 0 0 0 1 0 1 1 1 0 1 0 0 0 0 1 0 0 1 0 0 0 0 1 1 1 0 1 
1 1 1 1 0 0 0 1 0 1 1 1 0 1 0 0 0 0 1 0 0 1 0 0 0 0 1 1 1 0 
0 1 1 1 1 0 0 0 1 0 1 1 1 0 1 0 0 0 0 1 0 0 1 0 0 0 0 1 1 1 
1 0 1 1 1 1 0 0 0 1 0 1 1 1 0 1 0 0 0 0 1 0 0 1 0 0 0 0 1 1 
1 1 0 1 1 1 1 0 0 0 1 0 1 1 1 0 1 0 0 0 0 1 0 0 1 0 0 0 0 1 
1 1 1 0 1 1 1 1 0 0 0 1 0 1 1 1 0 1 0 0 0 0 1 0 0 1 0 0 0 0 
0 1 1 1 0 1 1 1 1 0 0 0 1 0 1 1 1 0 1 0 0 0 0 1 0 0 1 0 0 0 
0 0 1 1 1 0 1 1 1 1 0 0 0 1 0 1 1 1 0 1 0 0 0 0 1 0 0 1 0 0 
0 0 0 1 1 1 0 1 1 1 1 0 0 0 1 0 1 1 1 0 1 0 0 0 0 1 0 0 1 0 
0 0 0 0 1 1 1 0 1 1 1 1 0 0 0 1 0 1 1 1 0 1 0 0 0 0 1 0 0 1 
1 0 0 0 0 1 1 1 0 1 1 1 1 0 0 0 1 0 1 1 1 0 1 0 0 0 0 1 0 0 
0 1 0 0 0 0 1 1 1 0 1 1 1 1 0 0 0 1 0 1 1 1 0 1 0 0 0 0 1 0 
0 0 1 0 0 0 0 1 1 1 0 1 1 1 1 0 0 0 1 0 1 1 1 0 1 0 0 0 0 1 
1 0 0 1 0 0 0 0 1 1 1 0 1 1 1 1 0 0 0 1 0 1 1 1 0 1 0 0 0 0 
0 1 0 0 1 0 0 0 0 1 1 1 0 1 1 1 1 0 0 0 1 0 1 1 1 0 1 0 0 0 
0 0 1 0 0 1 0 0 0 0 1 1 1 0 1 1 1 1 0 0 0 1 0 1 1 1 0 1 0 0 
0 0 0 1 0 0 1 0 0 0 0 1 1 1 0 1 1 1 1 0 0 0 1 0 1 1 1 0 1 0 
0 0 0 0 1 0 0 1 0 0 0 0 1 1 1 0 1 1 1 1 0 0 0 1 0 1 1 1 0 1 
1 0 0 0 0 1 0 0 1 0 0 0 0 1 1 1 0 1 1 1 1 0 0 0 1 0 1 1 1 0 
0 1 0 0 0 0 1 0 0 1 0 0 0 0 1 1 1 0 1 1 1 1 0 0 0 1 0 1 1 1 
1 0 1 0 0 0 0 1 0 0 1 0 0 0 0 1 1 1 0 1 1 1 1 0 0 0 1 0 1 1 
1 1 0 1 0 0 0 0 1 0 0 1 0 0 0 0 1 1 1 0 1 1 1 1 0 0 0 1 0 1

— Solha
fonte

Isso é muito legal. Você está ganhando um longo caminho atualmente.

Não mais :)

3

Julia, 6.984.314.690.902.998

Isso apenas constrói 1.000.000 de matrizes Toeplitz aleatórias e verifica seus determinantes, registrando o máximo encontrado. Espero que alguém encontre uma solução analítica elegante, mas enquanto isso ...

function toeplitz(a, b)
    n = length(a)
    T = Array(Int, n, n)
    T[1,:] = b
    T[:,1] = a
    for i = 2:n
        T[i,2:n] = T[i-1,1:n-1]
    end
    T
end

d = 0
A = Any[]

for i = 1:1000000
    # Construct two random 0,1 arrays
    r1 = rand(0:1, 30)
    r2 = rand(0:1, 30)

    # Compute the determinant of a toeplitz matrix constructed
    # from the two random arrays
    D = det(toeplitz(r1, r2))

    # If the computed determinant is larger than anything we've
    # encountered so far, add it to A so we can access it later
    D > d && begin
        push!(A, (D, r1, r2))
        d = D
    end
end

M,N = findmax([i[1] for i in A])

println("Maximum determinant: ", M, "\n")
println(toeplitz(A[N][2], A[N][3]))

Você pode ver a saída aqui .

— Alex A.
fonte

Eu me pergunto o quão preciso é o cálculo determinante. Eu acho que o cálculo subjacente é feito em dupla precisão? Como os dígitos após o ponto decimal são 0,998, provavelmente há uma boa chance de que o número inteiro mais próximo ainda seja o determinante correto. Geralmente, você começará a obter problemas de precisão de ponto flutuante ao aplicar um cálculo determinante de uso geral, por exemplo, com base em uma decomposição LR padrão, a essas matrizes, uma vez que elas ficarem bastante grandes.

— Reto Koradi 15/07/2015

@RetoKoradi Parece que usa uma decomposição da LU para obter o determinante.

— Alex A.

3

Mathematica, 39.994.961.721.988 (10 ^ 13,60)

Um método simples de otimização de recozimento simulado; nenhuma otimização ou ajuste ainda.

n = 30;
current = -\[Infinity];
best = -\[Infinity];
saved = ConstantArray[0, {2 n - 1}];
m := Array[a[[n + #1 - #2]] &, {n, n}];
improved = True;
iters = 1000;
pmax = 0.1;
AbsoluteTiming[
 While[improved || RandomReal[] < pmax,
   improved = False;
   a = saved;
   Do[
    Do[
      a[[i]] = 1 - a[[i]];
      With[{d = Det[m]},
       If[d > best,
          best = d;
          current = d;
          saved = a;
          improved = True;
          Break[];,
          If[d > current || RandomReal[] < pmax (1 - p/iters),
           current = d;
           Break[];,
           a[[i]] = 1 - a[[i]];
           ]
          ];
        ;
       ],
      {i, 2 n - 1}];,
    {p, iters}];
   ];
 ]
best
Log10[best // N]
a = saved;
m // MatrixForm

Saída de amostra:

{20.714876,Null}
39994961721988
13.602
(1  1   1   0   1   0   0   0   0   1   1   0   1   1   1   0   1   1   0   1   1   0   0   0   0   1   0   0   0   0
0   1   1   1   0   1   0   0   0   0   1   1   0   1   1   1   0   1   1   0   1   1   0   0   0   0   1   0   0   0
0   0   1   1   1   0   1   0   0   0   0   1   1   0   1   1   1   0   1   1   0   1   1   0   0   0   0   1   0   0
0   0   0   1   1   1   0   1   0   0   0   0   1   1   0   1   1   1   0   1   1   0   1   1   0   0   0   0   1   0
0   0   0   0   1   1   1   0   1   0   0   0   0   1   1   0   1   1   1   0   1   1   0   1   1   0   0   0   0   1
1   0   0   0   0   1   1   1   0   1   0   0   0   0   1   1   0   1   1   1   0   1   1   0   1   1   0   0   0   0
0   1   0   0   0   0   1   1   1   0   1   0   0   0   0   1   1   0   1   1   1   0   1   1   0   1   1   0   0   0
0   0   1   0   0   0   0   1   1   1   0   1   0   0   0   0   1   1   0   1   1   1   0   1   1   0   1   1   0   0
0   0   0   1   0   0   0   0   1   1   1   0   1   0   0   0   0   1   1   0   1   1   1   0   1   1   0   1   1   0
0   0   0   0   1   0   0   0   0   1   1   1   0   1   0   0   0   0   1   1   0   1   1   1   0   1   1   0   1   1
1   0   0   0   0   1   0   0   0   0   1   1   1   0   1   0   0   0   0   1   1   0   1   1   1   0   1   1   0   1
1   1   0   0   0   0   1   0   0   0   0   1   1   1   0   1   0   0   0   0   1   1   0   1   1   1   0   1   1   0
0   1   1   0   0   0   0   1   0   0   0   0   1   1   1   0   1   0   0   0   0   1   1   0   1   1   1   0   1   1
1   0   1   1   0   0   0   0   1   0   0   0   0   1   1   1   0   1   0   0   0   0   1   1   0   1   1   1   0   1
1   1   0   1   1   0   0   0   0   1   0   0   0   0   1   1   1   0   1   0   0   0   0   1   1   0   1   1   1   0
0   1   1   0   1   1   0   0   0   0   1   0   0   0   0   1   1   1   0   1   0   0   0   0   1   1   0   1   1   1
1   0   1   1   0   1   1   0   0   0   0   1   0   0   0   0   1   1   1   0   1   0   0   0   0   1   1   0   1   1
1   1   0   1   1   0   1   1   0   0   0   0   1   0   0   0   0   1   1   1   0   1   0   0   0   0   1   1   0   1
1   1   1   0   1   1   0   1   1   0   0   0   0   1   0   0   0   0   1   1   1   0   1   0   0   0   0   1   1   0
0   1   1   1   0   1   1   0   1   1   0   0   0   0   1   0   0   0   0   1   1   1   0   1   0   0   0   0   1   1
1   0   1   1   1   0   1   1   0   1   1   0   0   0   0   1   0   0   0   0   1   1   1   0   1   0   0   0   0   1
1   1   0   1   1   1   0   1   1   0   1   1   0   0   0   0   1   0   0   0   0   1   1   1   0   1   0   0   0   0
0   1   1   0   1   1   1   0   1   1   0   1   1   0   0   0   0   1   0   0   0   0   1   1   1   0   1   0   0   0
0   0   1   1   0   1   1   1   0   1   1   0   1   1   0   0   0   0   1   0   0   0   0   1   1   1   0   1   0   0
0   0   0   1   1   0   1   1   1   0   1   1   0   1   1   0   0   0   0   1   0   0   0   0   1   1   1   0   1   0
0   0   0   0   1   1   0   1   1   1   0   1   1   0   1   1   0   0   0   0   1   0   0   0   0   1   1   1   0   1
1   0   0   0   0   1   1   0   1   1   1   0   1   1   0   1   1   0   0   0   0   1   0   0   0   0   1   1   1   0
0   1   0   0   0   0   1   1   0   1   1   1   0   1   1   0   1   1   0   0   0   0   1   0   0   0   0   1   1   1
1   0   1   0   0   0   0   1   1   0   1   1   1   0   1   1   0   1   1   0   0   0   0   1   0   0   0   0   1   1
1   1   0   1   0   0   0   0   1   1   0   1   1   1   0   1   1   0   1   1   0   0   0   0   1   0   0   0   0   1

)

— 2012rcampion
fonte

1

Python 2, 8 363 855 075 832

Isso tem uma estratégia muito básica, quase inexistente.

from scipy import linalg

start = 2**28
mdet  = 0
mmat  = []
count = 0
powr  = 1
while 1:
 count += 1
 v = map(int,bin(start)[2:].zfill(59))
 m = [v[29:]]
 for i in xrange(1,30):
     m += [v[29-i:59-i]]
 d = 0
 try: d = linalg.det(m, check_finite=False)
 except: print start
 if d > mdet:
     print d
     print m
     mdet = d
     mmat = m
     start += 1
     powr = 1
 else:
     start += 2**powr
     powr += 1
     if start>(2**59-1):
         start-=2**59-1
         powr = 1
 if count%10000==0: print 'Tried',count

Aqui está a melhor matriz encontrada após ~ 5.580.000 tentativas:

1 1 0 0 1 1 0 1 1 1 0 1 1 1 0 0 0 0 0 0 1 0 0 1 0 1 1 0 1 0
1 1 1 0 0 1 1 0 1 1 1 0 1 1 1 0 0 0 0 0 0 1 0 0 1 0 1 1 0 1
1 1 1 1 0 0 1 1 0 1 1 1 0 1 1 1 0 0 0 0 0 0 1 0 0 1 0 1 1 0
0 1 1 1 1 0 0 1 1 0 1 1 1 0 1 1 1 0 0 0 0 0 0 1 0 0 1 0 1 1
1 0 1 1 1 1 0 0 1 1 0 1 1 1 0 1 1 1 0 0 0 0 0 0 1 0 0 1 0 1
0 1 0 1 1 1 1 0 0 1 1 0 1 1 1 0 1 1 1 0 0 0 0 0 0 1 0 0 1 0
1 0 1 0 1 1 1 1 0 0 1 1 0 1 1 1 0 1 1 1 0 0 0 0 0 0 1 0 0 1
0 1 0 1 0 1 1 1 1 0 0 1 1 0 1 1 1 0 1 1 1 0 0 0 0 0 0 1 0 0
0 0 1 0 1 0 1 1 1 1 0 0 1 1 0 1 1 1 0 1 1 1 0 0 0 0 0 0 1 0
1 0 0 1 0 1 0 1 1 1 1 0 0 1 1 0 1 1 1 0 1 1 1 0 0 0 0 0 0 1
1 1 0 0 1 0 1 0 1 1 1 1 0 0 1 1 0 1 1 1 0 1 1 1 0 0 0 0 0 0
0 1 1 0 0 1 0 1 0 1 1 1 1 0 0 1 1 0 1 1 1 0 1 1 1 0 0 0 0 0
0 0 1 1 0 0 1 0 1 0 1 1 1 1 0 0 1 1 0 1 1 1 0 1 1 1 0 0 0 0
0 0 0 1 1 0 0 1 0 1 0 1 1 1 1 0 0 1 1 0 1 1 1 0 1 1 1 0 0 0
0 0 0 0 1 1 0 0 1 0 1 0 1 1 1 1 0 0 1 1 0 1 1 1 0 1 1 1 0 0
0 0 0 0 0 1 1 0 0 1 0 1 0 1 1 1 1 0 0 1 1 0 1 1 1 0 1 1 1 0
1 0 0 0 0 0 1 1 0 0 1 0 1 0 1 1 1 1 0 0 1 1 0 1 1 1 0 1 1 1
0 1 0 0 0 0 0 1 1 0 0 1 0 1 0 1 1 1 1 0 0 1 1 0 1 1 1 0 1 1
1 0 1 0 0 0 0 0 1 1 0 0 1 0 1 0 1 1 1 1 0 0 1 1 0 1 1 1 0 1
1 1 0 1 0 0 0 0 0 1 1 0 0 1 0 1 0 1 1 1 1 0 0 1 1 0 1 1 1 0
1 1 1 0 1 0 0 0 0 0 1 1 0 0 1 0 1 0 1 1 1 1 0 0 1 1 0 1 1 1
1 1 1 1 0 1 0 0 0 0 0 1 1 0 0 1 0 1 0 1 1 1 1 0 0 1 1 0 1 1
1 1 1 1 1 0 1 0 0 0 0 0 1 1 0 0 1 0 1 0 1 1 1 1 0 0 1 1 0 1
1 1 1 1 1 1 0 1 0 0 0 0 0 1 1 0 0 1 0 1 0 1 1 1 1 0 0 1 1 0
1 1 1 1 1 1 1 0 1 0 0 0 0 0 1 1 0 0 1 0 1 0 1 1 1 1 0 0 1 1
1 1 1 1 1 1 1 1 0 1 0 0 0 0 0 1 1 0 0 1 0 1 0 1 1 1 1 0 0 1
0 1 1 1 1 1 1 1 1 0 1 0 0 0 0 0 1 1 0 0 1 0 1 0 1 1 1 1 0 0
0 0 1 1 1 1 1 1 1 1 0 1 0 0 0 0 0 1 1 0 0 1 0 1 0 1 1 1 1 0
1 0 0 1 1 1 1 1 1 1 1 0 1 0 0 0 0 0 1 1 0 0 1 0 1 0 1 1 1 1
0 1 0 0 1 1 1 1 1 1 1 1 0 1 0 0 0 0 0 1 1 0 0 1 0 1 0 1 1 1

Ainda correndo...

— Kade
fonte

Um desafio determinante da otimização