有关矩阵的一点讨论
本篇是有关矩阵的内容:
首先,有关线性变换
线性变换:向量集间的映射——且必须是具有线性性质的映射;
记为:F(x) x,F(x)∈向量空间
何为线性性质?
- F(x+y)=F(x)+F(y) x,y∈向量空间
- F(λx)=λF(x) λ∈R,x∈向量空间
- ......
这是很好的性质!!!(姜爷语)
然后,是对矩阵的一点理解
给一个线性变换 F(x),她可以把一个N维向量变成M维
那么显然x的每一维都可能影响着F(x)的每一维,于是,F(x)这个线性变换就应该是N*M个在每两维间的小映射构成的。
于是我们可以把她写成M行N列的矩阵(M行N列是出于约定的习惯)
所以矩阵是用于形象的表示线性变换的工具;
F(x)所对应的矩阵记为F
如何合乎习惯的构造矩阵和矩阵乘向量
首先,一个把N维向量变成M维的线性变换 F(x),一定对应一个M行N列的矩阵;
矩阵的i行j列,表示x的第j维以什么权值(其实是多少倍)影响F(x)第i维的构造;
x的所有维对F(x)的某一维的影响的和,即是F(x)这一维的结果;
如,有一个三元组(3维向量)x{a,b,c}
定义F(x)={a+b,b+c}
那么可以构造矩阵(2*3的):
[1 1 0]
[0 1 1]
我们发现:
计算得:F(x)={1*a+1*b+0*c,0*a+1*b+1*c}={a+b,b+c} 果然没错!!
我们认为F(x)的值是矩阵F乘以x的结果
所以,这也是矩阵乘向量的计算法则
有关矩阵和数的运算:
下面就是一些比较简单的内容啦:
矩阵加实数:
F+λ即为对于矩阵中每个点加λ
矩阵乘实数:
F×λ即为对于矩阵中每个点乘λ
有关矩阵的复合(矩阵乘矩阵)的内容:
线性变换作为一种映射,当然可以复合啦!
比如F(x)把五维向量变成四维,G(x)把四维向量变成三维;
那么G[F(x)]就能把五维向量变成三维了;
设H(x)=G[F(x)];
那么H(x)的矩阵H是什么呢?
她是G和F的乘积;
如何相乘?
回到本题开头的例子:
F显然是个4*5的矩阵,G是3*4的
H应该是3*5的(行数前列数后)
由上题给出的理解方式H[i,j](表示H的第i行第j列)
表示x的第j维对H(x)的第i行的影响
影响是怎么产生的呢?
x的第j维,先是按照F第j列影响了F(x)的每一维;
F(x)的每一维又按照G第i列影响了G[F(x)]的第i维;
如下图的两矩阵(左边为G,右边F)
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复合得H
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标记复合矩阵的某点
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原矩阵的如下点贡献了复合矩阵的这个点
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所以我们得知了H[i,j]与G,F中的那些值有关
那她们是什么关系呢?(八卦!!)
由于F(x+y)=F(x)+F(y)的线性性质;
我们可以把N维向量x化为N个只有一维非零的N维向量E1,E2,E3...En的和
把这N个向量扔到G(F(x))和H(x)中,可以清晰地看出H[i,j]与G,F的关系——
H[i,j]=F[1,j]*G[i,1]+F[2,j]*G[i,2]+F[3,j]*G[i,3]+....
矩阵乘矩阵的法则:矩阵第m行与第n列交叉位置的那个值,等于第一个矩阵第m行与第二个矩阵第n列,对应位置的每个值的乘积之和。