矩陣及矩陣運算
矩陣:一個m×n的矩陣就是m×n個數排成m行n列的一個數陣。由於它把許多數據緊湊的集中到了一起,所以有時候可以簡便地表示一些復雜的模型。在數學中,一個矩陣說穿了就是一個二維數組。
單位矩陣:從左上角到右下角的對角線(稱為主對角線)上的元素均為1。除此以外全都為0。
對稱矩陣:如果方陣滿足,即,則稱A為對稱矩陣.它的元素以主對角線為對稱軸對應相等.
矩陣加減法:兩個矩陣相加減,即它們相同位置的元素相加減,滿足交換律和結合律。只有對於兩個行數、列數分別相等的矩陣(即同型矩陣),加減法運算才有意義,即加減運算是可行的.
矩陣乘法:矩陣乘法是一種高效的算法可以把一些一維遞推優化到log( n ),還可以求路徑方案等,所以更是一種應用性極強的算法。
1.矩陣與數的乘法:數乘矩陣A,就是將數乘矩陣A中的每一個元素,記為或.特別地,稱稱為的負矩陣.滿足結合律和分配律。
2.矩陣與矩陣的乘法:只有當矩陣A的列數與矩陣B的行數相等時A×B才有意義。一個m×n的矩陣a(m,n)左乘一個n×p的矩陣b(n,p),會得到一個m×p的矩陣c(m,p),矩陣乘法滿足結合率,但不滿足交換率。一個n行m列的矩陣可以乘以一個m行p列的矩陣,得到的結果是一個n行p列的矩陣。方陣A和它同階的單位陣作乘積,結果仍為A,即.單位陣在矩陣乘法中的作用相當於數1在我們普通乘法中的作用。運算規則:
設,,則A與B的乘積是這樣一個矩陣:
(1) 行數與(左矩陣)A相同,列數與(右矩陣)B相同,即.
(2) C的第行第列的元素由A的第行元素與B的第列元素對應相乘,再取乘積之和.
(3)兩個非零矩陣的乘積可以是零矩陣.由此若,不能得出或的結論.
矩陣轉置:將矩陣A的行換成同序號的列所得到的新矩陣稱為矩陣A的轉置矩陣,記作或.第i行變第J列。Aij變成Aji。
運算性質(假設運算都是可行的)
(1)
(2)
(3)
(4) ,是常數.
矩陣行列式:基於矩陣所包含的行列數據計算得到的一個標量;
二維矩陣[{a,c},{b,d}]的行列式等於:det(A) = ab-cd。
n維矩陣的行列式:假設矩陣A為n維的方陣,定義Aij為從A中刪除第i行、第j列之後剩下的n-1維方陣。
可以沿著A的第一行來求取行列式:det(A) = a11*A11-a12*A12+...+a1n*A1n,這是一個遞歸的定義,包含n項,每一項的正負號等於 (-1)的(i+j)次方。
實際上可以對A的任意一行、任意一列按上面的方法來求取行列式,可以挑選包含0比較多得行(列)。
兩個二維向量v1,v2,可以作為平行四邊形的臨邊來定義一個平行四邊形。兩個向量構成矩陣A={v1,v2},那麽平行四邊形的面積 = det(A)的絕對值。
矩陣行列式的一些規律
1)如果矩陣A= {r1,r2,...ri...,rn} B={r1,r2,...ri‘,...rn} C={r1,r2,...ri+ri‘,...rn},則有det(C) = det(A)+det(B)
2)如果矩陣A有兩行(列)相等則,det(A) = 0
3)如果矩陣A將兩行交換後得到矩陣B,則有det(A)=-det(B)
4)如果矩陣A進行行變換後得到矩陣B,則有det(A)=det(B);可以通過行變換達到3)的效果,這個過程中會發生-1數乘某行。
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