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矩陣的概念及其特征教程

生活 更新时间:2024-06-28 07:36:13

大家可以這樣簡單理解矩陣,行代表關系,列代表維度。矩陣就是不同維度之間的關系的表示形式。一個書上的例子挺好,某工廠向3家商店發送四種産品(3X4矩陣),商店就代表每種貨物的組合(關系),産品就代表維度(列),所以就可以用一個矩陣來表示(4X2)。而産品本身也是一種二元關系,比如包括(單位價格,數量),那麼這兩個矩陣相乘就可以表示每一個商店産品價格的總額和數量的新的關系。這個也是關系型數據庫中的表鍊接的概念。本質上矩陣表達的是一種多變量及其關系的數學模型,通過矩陣這個工具關系可以進行運算了。AX=B,這種形式是在說,如果X是原因,B是結果,那麼A就是原因和結果之間的關系,如果X是一元變量那麼A就是X的系數,如果X是多元變量那A就是系數矩陣。

矩陣的運算和數的運算有一些不同,代數運算可以看成是一元關系的運算,不需要考慮多維變量之間的相互作用,而矩陣的運算是多元運算關系,需要考慮多元變量之間的關系,有時是無關的,有時是相關的,所以代數運算的法則有一部分适用有一部分則不适用。矩陣的加法滿足交換律、結合律,因為操作是線性的,與一元操作相同;矩陣的數乘運算滿足結合律、分配律,也與一元相同,因為乘以一個常數也是線性操作;複雜的是矩陣之間的乘法,它是一種關系運算,是非線性的,所以滿足不同的規則,關系不對應是無法做運算的:Y=AX,X=BT,Y=(A*B)T,但反過來就不對,Y不能寫成B*A*T,因為矩陣右邊的項是順序展開的,順序不對就不成立(除非AB=BA,稱作這兩個矩陣是可交換的),矩陣的乘法滿足結合律和分配律,但不滿足交換律

矩陣的轉置就是将關系與維度互換。矩陣轉置以後的關系運算的角度很好理解,就是乘積的轉置結果的轉置等于轉置以後交換乘積順序。矩陣轉置滿足分配律、結合律,兩個矩陣乘積的轉置等于分别轉置後交換順序的乘積。如果矩陣是方陣,則存在行列式,矩陣行列式滿足三個特性轉置後行列式相等、數乘矩陣的行列式等于數的n次方乘以行列式、乘積的行列式等于行列式的乘積。

逆矩陣就是矩陣的倒數。X如果為矩陣,逆矩陣就代表其倒數。但是求法不是簡單的用1除,而是要用伴随矩陣除以行列式來求。所以隻有方陣才有逆矩陣,而且要求矩陣的行列式不為零。行列式不為零的矩陣稱為非奇異矩陣。所以可逆矩陣就是非奇異矩陣,非奇異大家就理解成x不為零就好了。矩陣A的伴随矩陣就是A的各界代數餘子式組成的矩陣。

還有一點需要了解的是矩陣的克萊姆法則,與我們之前行列式介紹中讨論用行列式求方程組的解是一個意思,就是用行列式求線性方程組的方法,很好理解對比一下兩章内容就好了。

另外還有一個就是矩陣分塊的思想,如果一個矩陣非常大,在求矩陣乘積的時候運算量可能會比較大,那麼矩陣分塊就是提供了一種化簡的方法,可以将一個大矩陣根據其特點分解為幾個塊,然後分塊進行求解可以充分利用分布式、并行的概念來提高矩陣運算的速度。

有了上述關于矩陣概念和一些運算的基本規則,就可以像研究現實世界一樣研究某些無法看見的多維空間了,所以矩陣也可以看作是多維空間中的解析幾何,我們可以用矩陣來建模各種各樣複雜的實體和關系,然後用線性代數的工具探索其中的規律。

矩陣的概念及其特征教程(矩陣一種理解多維世界的方式)1

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