Description of fast matrix multiplication algorithm: ⟨3×11×11:276⟩

Algorithm type

16X2Y6Z3+16X2Y5Z3+24XY6Z3+24XY5Z3+32X2Y3Z3+48XY3Z3+2X3Y2Z+34X2Y2Z2+4XY4Z+2XY2Z3+10X3YZ+4X2Y2Z+2XY3Z+4XY2Z2+10XYZ3+2X2YZ+26XY2Z+2XYZ2+14XYZ16X2Y6Z316X2Y5Z324XY6Z324XY5Z332X2Y3Z348XY3Z32X3Y2Z34X2Y2Z24XY4Z2XY2Z310X3YZ4X2Y2Z2XY3Z4XY2Z210XYZ32X2YZ26XY2Z2XYZ214XYZ16*X^2*Y^6*Z^3+16*X^2*Y^5*Z^3+24*X*Y^6*Z^3+24*X*Y^5*Z^3+32*X^2*Y^3*Z^3+48*X*Y^3*Z^3+2*X^3*Y^2*Z+34*X^2*Y^2*Z^2+4*X*Y^4*Z+2*X*Y^2*Z^3+10*X^3*Y*Z+4*X^2*Y^2*Z+2*X*Y^3*Z+4*X*Y^2*Z^2+10*X*Y*Z^3+2*X^2*Y*Z+26*X*Y^2*Z+2*X*Y*Z^2+14*X*Y*Z

Algorithm definition

The algorithm ⟨3×11×11:276⟩ could be constructed using the following decomposition:

⟨3×11×11:276⟩ = ⟨3×5×5:58⟩ + ⟨3×5×5:58⟩ + ⟨3×6×6:80⟩ + ⟨3×6×6:80⟩.

This decomposition is defined by the following equality:

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11, [[A_1_1,A_1_2,A_1_3,A_1_4,A_1_5,A_1_6,A_1_7,A_1_8,A_1_9,A_1_10,A_1_11],[A_2_1,A_2_2,A_2_3,A_2_4,A_2_5,A_2_6,A_2_7,A_2_8,A_2_9,A_2_10,A_2_11],[A_3_1,A_3_2,A_3_3,A_3_4,A_3_5,A_3_6,A_3_7,A_3_8,A_3_9,A_3_10,A_3_11]]),Matrix(11, 11, [[B_1_1,B_1_2,B_1_3,B_1_4,B_1_5,B_1_6,B_1_7,B_1_8,B_1_9,B_1_10,B_1_11],[B_2_1,B_2_2,B_2_3,B_2_4,B_2_5,B_2_6,B_2_7,B_2_8,B_2_9,B_2_10,B_2_11],[B_3_1,B_3_2,B_3_3,B_3_4,B_3_5,B_3_6,B_3_7,B_3_8,B_3_9,B_3_10,B_3_11],[B_4_1,B_4_2,B_4_3,B_4_4,B_4_5,B_4_6,B_4_7,B_4_8,B_4_9,B_4_10,B_4_11],[B_5_1,B_5_2,B_5_3,B_5_4,B_5_5,B_5_6,B_5_7,B_5_8,B_5_9,B_5_10,B_5_11],[B_6_1,B_6_2,B_6_3,B_6_4,B_6_5,B_6_6,B_6_7,B_6_8,B_6_9,B_6_10,B_6_11],[B_7_1,B_7_2,B_7_3,B_7_4,B_7_5,B_7_6,B_7_7,B_7_8,B_7_9,B_7_10,B_7_11],[B_8_1,B_8_2,B_8_3,B_8_4,B_8_5,B_8_6,B_8_7,B_8_8,B_8_9,B_8_10,B_8_11],[B_9_1,B_9_2,B_9_3,B_9_4,B_9_5,B_9_6,B_9_7,B_9_8,B_9_9,B_9_10,B_9_11],[B_10_1,B_10_2,B_10_3,B_10_4,B_10_5,B_10_6,B_10_7,B_10_8,B_10_9,B_10_10,B_10_11],[B_11_1,B_11_2,B_11_3,B_11_4,B_11_5,B_11_6,B_11_7,B_11_8,B_11_9,B_11_10,B_11_11]]),Matrix(11, 3, [[C_1_1,C_1_2,C_1_3],[C_2_1,C_2_2,C_2_3],[C_3_1,C_3_2,C_3_3],[C_4_1,C_4_2,C_4_3],[C_5_1,C_5_2,C_5_3],[C_6_1,C_6_2,C_6_3],[C_7_1,C_7_2,C_7_3],[C_8_1,C_8_2,C_8_3],[C_9_1,C_9_2,C_9_3],[C_10_1,C_10_2,C_10_3],[C_11_1,C_11_2,C_11_3]]))) = Trace(Mul(Matrix(3, 5, [[A_1_1-A_1_7,A_1_2-A_1_8,A_1_3-A_1_9,A_1_4-A_1_10,A_1_5-A_1_11],[A_2_1-A_2_7,A_2_2-A_2_8,A_2_3-A_2_9,A_2_4-A_2_10,A_2_5-A_2_11],[A_3_1-A_3_7,A_3_2-A_3_8,A_3_3-A_3_9,A_3_4-A_3_10,A_3_5-A_3_11]]),Matrix(5, 5, [[B_1_1-B_1_7,B_1_2-B_1_8,B_1_3-B_1_9,B_1_4-B_1_10,B_1_5-B_1_11],[B_2_1-B_2_7,B_2_2-B_2_8,B_2_3-B_2_9,B_2_4-B_2_10,B_2_5-B_2_11],[B_3_1-B_3_7,B_3_2-B_3_8,B_3_3-B_3_9,B_3_4-B_3_10,B_3_5-B_3_11],[B_4_1-B_4_7,B_4_2-B_4_8,B_4_3-B_4_9,B_4_4-B_4_10,B_4_5-B_4_11],[B_5_1-B_5_7,B_5_2-B_5_8,B_5_3-B_5_9,B_5_4-B_5_10,-B_5_11+B_5_5]]),Matrix(5, 3, [[C_1_1,C_1_2,C_1_3],[C_2_1,C_2_2,C_2_3],[C_3_1,C_3_2,C_3_3],[C_4_1,C_4_2,C_4_3],[C_5_1,C_5_2,C_5_3]])))+Trace(Mul(Matrix(3, 5, [[A_1_1,A_1_2,A_1_3,A_1_4,A_1_5],[A_2_1,A_2_2,A_2_3,A_2_4,A_2_5],[A_3_1,A_3_2,A_3_3,A_3_4,A_3_5]]),Matrix(5, 5, [[B_1_1+B_7_1,B_1_2+B_7_2,B_1_3+B_7_3,B_1_4+B_7_4,B_1_5+B_7_5],[B_2_1+B_8_1,B_2_2+B_8_2,B_2_3+B_8_3,B_2_4+B_8_4,B_2_5+B_8_5],[B_3_1+B_9_1,B_3_2+B_9_2,B_3_3+B_9_3,B_3_4+B_9_4,B_3_5+B_9_5],[B_4_1+B_10_1,B_4_2+B_10_2,B_4_3+B_10_3,B_4_4+B_10_4,B_4_5+B_10_5],[B_5_1+B_11_1,B_5_2+B_11_2,B_5_3+B_11_3,B_5_4+B_11_4,B_5_5+B_11_5]]),Matrix(5, 3, [[C_1_1+C_7_1,C_1_2+C_7_2,C_1_3+C_7_3],[C_2_1+C_8_1,C_2_2+C_8_2,C_2_3+C_8_3],[C_3_1+C_9_1,C_3_2+C_9_2,C_3_3+C_9_3],[C_4_1+C_10_1,C_4_2+C_10_2,C_4_3+C_10_3],[C_11_1+C_5_1,C_11_2+C_5_2,C_11_3+C_5_3]])))+Trace(Mul(Matrix(3, 6, [[A_1_6,A_1_7,A_1_8,A_1_9,A_1_10,A_1_11],[A_2_6,A_2_7,A_2_8,A_2_9,A_2_10,A_2_11],[A_3_6,A_3_7,A_3_8,A_3_9,A_3_10,A_3_11]]),Matrix(6, 6, [[B_6_6,-B_6_1+B_6_7,-B_6_2+B_6_8,-B_6_3+B_6_9,-B_6_4+B_6_10,-B_6_5+B_6_11],[B_1_6+B_7_6,-B_1_1-B_7_1+B_1_7+B_7_7,-B_1_2-B_7_2+B_1_8+B_7_8,-B_1_3-B_7_3+B_1_9+B_7_9,-B_1_4-B_7_4+B_1_10+B_7_10,-B_1_5-B_7_5+B_1_11+B_7_11],[B_2_6+B_8_6,-B_2_1-B_8_1+B_2_7+B_8_7,-B_2_2-B_8_2+B_2_8+B_8_8,-B_2_3-B_8_3+B_2_9+B_8_9,-B_2_4-B_8_4+B_2_10+B_8_10,-B_2_5-B_8_5+B_2_11+B_8_11],[B_3_6+B_9_6,-B_3_1-B_9_1+B_3_7+B_9_7,-B_3_2-B_9_2+B_3_8+B_9_8,-B_3_3-B_9_3+B_3_9+B_9_9,-B_3_4-B_9_4+B_3_10+B_9_10,-B_3_5-B_9_5+B_3_11+B_9_11],[B_4_6+B_10_6,-B_4_1-B_10_1+B_4_7+B_10_7,-B_4_2-B_10_2+B_4_8+B_10_8,-B_4_3-B_10_3+B_4_9+B_10_9,-B_4_4-B_10_4+B_4_10+B_10_10,-B_4_5-B_10_5+B_4_11+B_10_11],[B_5_6+B_11_6,-B_5_1-B_11_1+B_5_7+B_11_7,-B_5_2-B_11_2+B_5_8+B_11_8,-B_5_3-B_11_3+B_5_9+B_11_9,-B_5_4-B_11_4+B_5_10+B_11_10,-B_5_5-B_11_5+B_5_11+B_11_11]]),Matrix(6, 3, [[C_6_1,C_6_2,C_6_3],[C_7_1,C_7_2,C_7_3],[C_8_1,C_8_2,C_8_3],[C_9_1,C_9_2,C_9_3],[C_10_1,C_10_2,C_10_3],[C_11_1,C_11_2,C_11_3]])))+Trace(Mul(Matrix(3, 6, [[A_1_6,-A_1_1+A_1_7,-A_1_2+A_1_8,-A_1_3+A_1_9,-A_1_4+A_1_10,-A_1_5+A_1_11],[A_2_6,-A_2_1+A_2_7,-A_2_2+A_2_8,-A_2_3+A_2_9,-A_2_4+A_2_10,-A_2_5+A_2_11],[A_3_6,-A_3_1+A_3_7,-A_3_2+A_3_8,-A_3_3+A_3_9,-A_3_4+A_3_10,-A_3_5+A_3_11]]),Matrix(6, 6, [[0,B_6_1,B_6_2,B_6_3,B_6_4,B_6_5],[-B_1_6,B_1_1+B_7_1-B_1_7,B_1_2+B_7_2-B_1_8,B_1_3+B_7_3-B_1_9,B_1_4+B_7_4-B_1_10,B_1_5+B_7_5-B_1_11],[-B_2_6,B_2_1+B_8_1-B_2_7,B_2_2+B_8_2-B_2_8,B_2_3+B_8_3-B_2_9,B_2_4+B_8_4-B_2_10,B_2_5+B_8_5-B_2_11],[-B_3_6,B_3_1+B_9_1-B_3_7,B_3_2+B_9_2-B_3_8,B_3_3+B_9_3-B_3_9,B_3_4+B_9_4-B_3_10,B_3_5+B_9_5-B_3_11],[-B_4_6,B_4_1+B_10_1-B_4_7,B_4_2+B_10_2-B_4_8,B_4_3+B_10_3-B_4_9,B_4_4+B_10_4-B_4_10,B_4_5+B_10_5-B_4_11],[-B_5_6,B_5_1+B_11_1-B_5_7,B_5_2+B_11_2-B_5_8,B_5_3+B_11_3-B_5_9,B_5_4+B_11_4-B_5_10,B_5_5+B_11_5-B_5_11]]),Matrix(6, 3, [[C_6_1,C_6_2,C_6_3],[C_1_1+C_7_1,C_1_2+C_7_2,C_1_3+C_7_3],[C_2_1+C_8_1,C_2_2+C_8_2,C_2_3+C_8_3],[C_3_1+C_9_1,C_3_2+C_9_2,C_3_3+C_9_3],[C_4_1+C_10_1,C_4_2+C_10_2,C_4_3+C_10_3],[C_11_1+C_5_1,C_11_2+C_5_2,C_11_3+C_5_3]])))

N.B.: for any matrices A, B and C such that the expression Tr(Mul(A,B,C)) is defined, one can construct several trilinear homogeneous polynomials P(A,B,C) such that P(A,B,C)=Tr(Mul(A,B,C)) (P(A,B,C) variables are A,B and C's coefficients). Each trilinear P expression encodes a matrix multiplication algorithm: the coefficient in C_i_j of P(A,B,C) is the (i,j)-th entry of the matrix product Mul(A,B)=Transpose(C).

Algorithm description

These encodings are given in compressed text format using the maple computer algebra system. In each cases, the last line could be understood as a description of the encoding with respect to classical matrix multiplication algorithm. As these outputs are structured, one can construct easily a parser to its favorite format using the maple documentation without this software.


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