Фісуненко, АртемАртемФісуненко2026-06-302026-06-302024Фісуненко, А. (2024). Formulas for determinant and characteristic polynomial of seven-like matrices. Bulletin of Taras Shevchenko National University of Kyiv. Physics and Mathematics, 79(2), 72–79. https://doi.org/10.17721/1812-5409.2024/2.1210.17721/1812-5409.2024/2.12https://ir.library.knu.ua/handle/15071834/25818Finding the determinant and characteristic polynomial is the classic problem of linear algebra that arises in some applications utilizing matrices. There exist formulas and algorithms for calculating the determinant and characteristic polynomial of matrices with general structure, however, in some cases, a matrix has a special structure that lets the determinant and/or characteristic polynomial be calculated more efficiently. E.g., the determinant of upper and lower triangular matrices can be calculated as a product of their diagonal entries in time, linear in terms of the matrix’s size. In this paper, we derived the formulas and algorithms for determinant or determinant and characteristic polynomial of what we called seven-like matrices, which include the matrix introduced in M. B. Usher’s renewable resources management model, by utilizing the properties of determinants and characteristic polynomials, and the seven-like matrices’ special structure. We implemented our algorithms in Python 3.10.4 and tested their correctness on different values of matrix’s size and its elements. In all these experiments, the results matched the reference values, some up to a negligibly small relative error due to the floating-point arithmetic. The proposed algorithms have linear computational time complexity, therefore, for seven-like matrices, they are more asymptotically time-efficient than the most asymptotically time-efficient currently known algorithms for finding the determinant and characteristic polynomial, respectively, of the matrices with general structure, and thus our algorithms can be utilized in the applications with seven-like matrices (including applications of Usher’s model). Runtime measurements can be conducted in our further research to practically verify these asymptotics. Pages of the article in the issue: 72 - 79 Language of the article: EnglishЗнаходження визначника та характеристичного багаточлена є класичною задачею лінійної алгебри, яка постає в деяких застосуваннях, що використовують матриці. Існують формули та алгоритми для обчислення визначника та характеристичного багаточлена матриць загального вигляду, проте у деяких випадках матриця має особливу структуру, що дає змогу обчислювати визначник та/чи характеристичний багаточлен більш ефективно. Прикладом слугують верхньо- та нижньотрикутні матриці, визначник яких обраховується як добуток їхніх діагональних елементів за лінійний відносно розміру матриці час. У даній роботі виведено формули та алгоритми знаходження визначника або визначника та характеристичного багаточлена для матриць, які ми назвали сімкоподібними, що включають матрицю, запроваджену в моделі М. Б. Ашера керування відновлювальними ресурсами, шляхом використання властивостей визначників і характеристичних багаточленів та особливої структури сімкоподібних матриць. Ми реалізували наші алгоритми на мові Python 3.10.4 та протестували їхню коректність на різних значеннях розміру матриці та її елементів. У всіх цих експериментах результати співпали з референсним значенням, деякі з точністю до знехтовно малої відносної похибки через арифметику з рухомою комою. Запропоновані алгоритми мають лінійну часову обчислювальну складність, отже, для випадку сімкоподібних матриць вони є більш асимптотично ефективними за часом, ніж найбільш асимптотично ефективні за часом з наразі відомих алгоритмів знаходження визначника та характеристичного багаточлена, відповідно, для матриць загальної структури, отже, наші алгоритми можна використовувати у застосуваннях з сімкоподібними матрицями (включно із застосуваннями моделі Ашера). У нашому подальшому дослідженні можуть бути проведені заміри часу виконання для практичного підтвердження цих асимптотик.enmatrixdeterminantcharacteristic polynomialrenewable resources managementforest managementматрицявизначникхарактеристичний багаточленкерування відновлювальними ресурсамилісокористуванняСтаття