哈達瑪積
哈達瑪積(Hadamard product)是矩陣的一類運算,若 $A=(a_{ij})$ 和 $B=(b_{ij})$是兩個同階矩陣,若,則稱矩陣 $c_{ij}=a_{ij}\times b_{ij}$ 為 $A$ 和 $B$ 的哈達瑪積,或稱基本積。
1 定義
設 $A, B \in \mathbb{C}^{m \times n}$ 且 $A=\left\{a_{i j}\right\}$,$B=\left[b_{i j}\right]$, 稱 $m \times n$ 矩陣
$\left[\begin{array}{cccc}a_{11} b_{11} & a_{12} b_{12} & \cdots & a_{1 n} b_{1 n} \\a_{21} b_{21} & a_{22} b_{22} & \cdots & a_{2 n} b_{2 n} \\\vdots & \vdots & & \vdots \\a_{m 1} b_{m 1} & a_{m 2} b_{m 2} & \cdots & a_{m n} b_{m n}\end{array}\right]$
為矩陣 $A$ 與 $B$ 的哈達瑪(Hadamard)積,記作 $A \circ B$ 。
$\left(\begin{array}{lll}\mathrm{a}_{11} & \mathrm{a}_{12} & \mathrm{a}_{13} \\\mathrm{a}_{21} & \mathrm{a}_{22} & \mathrm{a}_{23} \\\mathrm{a}_{31} & \mathrm{a}_{32} & \mathrm{a}_{33}\end{array}\right) \odot\left(\begin{array}{lll}\mathrm{b}_{11} & \mathrm{~b}_{12} & \mathrm{~b}_{13} \\\mathrm{~b}_{21} & \mathrm{~b}_{22} & \mathrm{~b}_{23} \\\mathrm{~b}_{31} & \mathrm{~b}_{32} & \mathrm{~b}_{33}\end{array}\right)=\left(\begin{array}{llllll}\mathrm{a}_{11} & \mathrm{~b}_{11} & \mathrm{a}_{12} & \mathrm{~b}_{12} & \mathrm{a}_{13} & \mathrm{~b}_{13} \\\mathrm{a}_{21} & \mathrm{~b}_{21} & \mathrm{a}_{22} & \mathrm{~b}_{22} & \mathrm{a}_{23} & \mathrm{~b}_{23} \\\mathrm{a}_{31} & \mathrm{~b}_{31} & \mathrm{a}_{32} & \mathrm{~b}_{32} & \mathrm{a}_{33} & \mathrm{~b}_{33}\end{array}\right)$
2 哈達瑪積的主要性質
由矩陣的 Hadamard 積的定義顯然有
$A \circ 0=0 \circ A=0, A \circ B=B \circ A,(A+B) \circ C=(A \circ C)+(B \circ C)$
並且
$A \circ B=P(A \otimes B) Q$
其中
$\begin{array}{l}P=E_{11}+E_{2, m+2}+\ldots+E_{m, m^{2}} \in \mathbb{R}^{m \times m^{2}} \\Q=E_{11}+E_{n+2,2}+\ldots+E_{n^{2} \times n} \in \mathbb{R}^{n^{2} \times n}\end{array}$
特別地,若 $m=n$ ,則 $Q=P^{T}$ ,且
$A \circ B=P(A \otimes B) P^{T}$
因而 $A \circ B$ 是 $A \otimes B$ 的主子陣,故有下面的命題。
命題1 設 $A, B \in \mathbb{C}^{m \times n}$, $\operatorname{rankA}=r_{1}, \operatorname{rank} B=r_{2}$ , 則
$\operatorname{rank}(A \circ B) \leqslant r_{1} r_{2}$
命題2 設 $A, B \in \mathbb{C}^{m \times n}$,$A, B \geq 0$, 則
$\lambda_{\min }(A \circ B) \geqslant \lambda_{\min }(A) \lambda_{\min }(B)$
命題3 設 $A, B \in \mathbb{C}^{m \times n}$, 若 $A >0, B>0$ , 則 $A \circ B>0$。
命題4 設 $A, B \in \mathbb{C}^{m \times n}$ ,
$D=\operatorname{diag}\left(d_{1}, d_{2}, \ldots, d_{n}\right), E=\operatorname{diag}\left(e_{1}, \ldots, e_{n}\right)$
則
$(D A) \circ(B E)=A \circ(D B E)=(D A E) \circ B$
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