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1.   奇异值的意义,注意其回答中的 “2.3 奇异值为什么这么神奇?” 中的GIF图,将矩阵变换 的三部分: 旋转 拉伸 投影 解释的比较形象(例子中 方阵没有投影,不过不影响这里思考)
 
奇异值的物理意义是什么? - 马同学的回答 - 知乎 https://www.zhihu.com/question/22237507/answer/225371236
 
2.
作者:赵文和
链接:https://www.zhihu.com/question/19666954/answer/54788626
来源:知乎
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首先,矩阵可以认为是一种线性变换,而且这种线性变换的作用效果与基的选择有关。

以Ax = b为例,x是m维向量,b是n维向量,m,n可以相等也可以不相等,表示矩阵可以将一个向量线性变换到另一个向量,这样一个线性变换的作用可以包含旋转缩放投影三种类型的效应。

奇异值分解正是对线性变换这三种效应的一个析构。
A=\mu \Sigma \sigma ^{T} \mu \sigma 是两组正交单位向量,\Sigma 是对角阵,表示奇异值,它表示我们找到了\mu \sigma 这样两组基,A矩阵的作用是将一个向量从\sigma 这组正交基向量的空间旋转\mu 这组正交基向量空间,并对每个方向进行了一定的缩放,缩放因子就是各个奇异值。如果\sigma 维度比\mu 大,则表示还进行了投影。可以说奇异值分解将一个矩阵原本混合在一起的三种作用效果,分解出来了。

特征值分解其实是对旋转缩放两种效应的归并。(有投影效应的矩阵不是方阵,没有特征值)
特征值,特征向量由Ax=\lambda x得到,它表示如果一个向量v处于A的特征向量方向,那么Av对v的线性变换作用只是一个缩放。也就是说,求特征向量和特征值的过程,我们找到了这样一组基,在这组基下,矩阵的作用效果仅仅是存粹的缩放。对于实对称矩阵,特征向量正交,我们可以将特征向量式子写成A=x\lambda x^{T} ,这样就和奇异值分解类似了,就是A矩阵将一个向量从x这组基的空间旋转到x这组基的空间,并在每个方向进行了缩放,由于前后都是x,就是没有旋转或者理解为旋转了0度。

总结一下,特征值分解和奇异值分解都是给一个矩阵(线性变换)找一组特殊的基,特征值分解找到了特征向量这组基,在这组基下该线性变换只有缩放效果。而奇异值分解则是找到另一组基,这组基下线性变换的旋转、缩放、投影三种功能独立地展示出来了。我感觉特征值分解其实是一种找特殊角度,让旋转效果不显露出来,所以并不是所有矩阵都能找到这样巧妙的角度。仅有缩放效果,表示、计算的时候都更方便,这样的基很多时候不再正交了,又限制了一些应用。

3. 我理解的

对于我们通常所用的   y=Ax 形式,矩阵A本质上表示对向量x的线性变换。由于向量(二维或以上)都可以表示为不同(正交)基的线性组合(合力),e.g., 笛卡尔坐标系下的数, a*X+b*Y+c*Z, (X,Y,Z)即为典型的正交基,因此我们只需关注矩阵A对于一组正交基(e.g., u1,u2,...un)的作用效果,则当A作用在某一输入X上时,只需将X表示为各个基的线性组合形式,i.e., X=a1*u1+a2*u2+...+an*un,则A对于X的作用结果,便是A对各个基作用效果的线性叠加。

而当A不是方阵时,则无法找到一组正交基进行表示,一次将其表示为两组基内积的形式,i.e.,

\[A={{u}_{1}}{{\sigma }_{1}}{{v}_{1}}^{T}+{{u}_{2}}{{\sigma }_{2}}{{v}_{2}}^{T}+{{u}_{3}}{{\sigma }_{3}}{{v}_{3}}^{T}\]....

 

 

 

posted on 2018-04-18 22:19  DavidLee爱学习  阅读(1470)  评论(0编辑  收藏  举报