我是靠谱客的博主 可耐雪糕,这篇文章主要介绍numpy中计算矩阵数值的核心函数 §01 矩阵的迹 §02 QR分解 §03 特殊矩阵 ,现在分享给大家,希望可以做个参考。

简 介:

关键词 矩阵分解QR

矩阵的迹
目 录
Contents
定义
性质
相关函数
QR分解
定义
分解举例
特殊矩阵
空矩阵
零矩阵
1矩阵
对角线矩阵
随机矩阵

 

§01 阵的迹


1.1 定义

  • 参考文献: Trace of a matrix

  对于方形矩阵 A A A 是一个 K × K K times K K×K 的矩阵,它的,记为 t r a c e ( A ) traceleft( A right) trace(A) ,或者 t r ( A ) trleft( A right) tr(A) 定义为矩阵对角线元素累加和: t r ( A ) = ∑ k = 1 K A k k trleft( A right) = sumlimits_{k = 1}^K {A_{kk} } tr(A)=k=1KAkk

  例如下面的矩阵: A = [ 2 1 5 2 3 4 0 1 0 ] A = begin{bmatrix} begin{matrix} 2 & 1 & 5\2 & 3 & 4\0 & 1 & 0\end{matrix} end{bmatrix} A=220131540
  对应的迹: t r ( A ) = A 11 + A 22 + A 33 = 2 + 3 + 0 = 5 trleft( A right) = A_{11} + A_{22} + A_{33} = 2 + 3 + 0 = 5 tr(A)=A11+A22+A33=2+3+0=5

1.2 性质

t r ( A + B ) = t r ( A ) + t r ( B ) trleft( {A + B} right) = trleft( A right) + trleft( B right) tr(A+B)=tr(A)+tr(B)
t r ( a A ) = a ⋅ t r ( A ) trleft( {aA} right) = a cdot trleft( A right) tr(aA)=atr(A)
t r ( α A + β B ) = α ⋅ t r ( A ) + β ⋅ t r ( B ) trleft( {alpha A + beta B} right) = alpha cdot trleft( A right) + beta cdot trleft( B right) tr(αA+βB)=αtr(A)+βtr(B)
t r ( A T ) = t r ( A ) trleft( {A^T } right) = trleft( A right) tr(AT)=tr(A)
t r ( A B ) = t r ( B A ) trleft( {AB} right) = trleft( {BA} right) tr(AB)=tr(BA)
A B = t r ( A B ) = t r ( B A ) AB = trleft( {AB} right) = trleft( {BA} right) AB=tr(AB)=tr(BA)

1.3 相关函数

1.3.1 调用函数形式

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import sys,os,math,time import matplotlib.pyplot as plt from numpy import * A = array([[1,2,3],[4,5,6],[7,8,9]]) print("trace(A): {}n".format(trace(A)))
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trace(A): 15

1.3.2 利用迹计算两个矩阵的内积

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import sys,os,math,time import matplotlib.pyplot as plt from numpy import * A = random.randn(15,8) B = random.randn(15,8) C = A.T.dot(B) print("trace(C): {}n".format(trace(C))) print("sum(A*B): {}n".format(sum(A*B)))
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trace(C): -9.301644996885578 sum(A*B): -9.301644996885576

 

§02 QR分解


2.1 定义

  对于矩阵 A,可以将其表示成: A = Q ⋅ R A = Q cdot R A=QR 。其中 Q Q Q 是正交矩阵, R R R 是上三角矩阵。

2.2 分解举例

  分解一个5×3随机矩阵。

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import sys,os,math,time import matplotlib.pyplot as plt from numpy import * A = random.randn(5,3) print("A: {}n".format(A)) q,r = linalg.qr(A) print("q: {}n".format(q),"r: {}n".format(r))
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A: [[-1.86374906 -1.14492839 0.25085956] [ 0.84097176 0.47786409 0.63319386] [-1.2215861 -0.84129822 -0.68549399] [ 0.14952506 -1.41793941 -0.28392431] [-0.7815916 -1.56835016 -0.23617405]] q: [[-0.74216383 0.11278664 0.58823716] [ 0.33488351 -0.07192668 0.58284231] [-0.48644801 0.02461369 -0.55319958] [ 0.0595424 -0.8284496 -0.04030384] [-0.31123773 -0.54329656 0.08134932]] r: [[2.51123671 1.82270331 0.41592522] [0. 1.84255932 0.32940707] [0. 0. 0.88806271]]

  可以验证 q 矩阵是正交矩阵:

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print("q.T.dot(q): {}n".format(q.T.dot(q)))
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q.T.dot(q): [[1.00000000e+00 3.84861072e-17 2.96333633e-16] [3.84861072e-17 1.00000000e+00 8.91050746e-17] [2.96333633e-16 8.91050746e-17 1.00000000e+00]]

 

§03 殊矩阵


3.1 空矩阵

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n = empty((5,5)) print("n: {}n".format(n))
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n: [[3.42247464e-316 3.42249708e-316 3.42250182e-316 3.06800300e-316 3.42251605e-316] [3.42252079e-316 3.42252553e-316 3.42253028e-316 3.42253502e-316 3.06797454e-316] [3.42253976e-316 3.42254925e-316 3.42250656e-316 3.42251130e-316 3.42248759e-316] [3.06797928e-316 3.06800774e-316 3.06799351e-316 3.06798403e-316 3.06798877e-316] [3.06794608e-316 3.06796505e-316 3.06796980e-316 3.42254451e-316 1.04878799e+248]]

3.2 零矩阵

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n = zeros((5,5)) print("n: {}n".format(n))
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n: [[0. 0. 0. 0. 0.] [0. 0. 0. 0. 0.] [0. 0. 0. 0. 0.] [0. 0. 0. 0. 0.] [0. 0. 0. 0. 0.]]

3.3 1矩阵

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n = ones((5,5)) print("n: {}n".format(n))
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n: [[1. 1. 1. 1. 1.] [1. 1. 1. 1. 1.] [1. 1. 1. 1. 1.] [1. 1. 1. 1. 1.] [1. 1. 1. 1. 1.]]

3.4 对角线矩阵

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n = eye(3,4,0) print("n:n{}".format(n))
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n: [[1. 0. 0. 0.] [0. 1. 0. 0.] [0. 0. 1. 0.]]
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n = eye(3,4,1) print("n:n{}".format(n))
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n: [[0. 1. 0. 0.] [0. 0. 1. 0.] [0. 0. 0. 1.]]
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n = eye(3,4,-1) print("n:n{}".format(n))
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n = diag([1,2,3,4]) print("n:n{}".format(n))
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n: [[1 0 0 0] [0 2 0 0] [0 0 3 0] [0 0 0 4]]

▲ 图3.4.1  Matrix Diagnoal

▲ 图3.4.1 Matrix Diagnoal

3.5 随机矩阵

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n = random.random((5,4)) print("n:n{}".format(n))
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n: [[0.01356284 0.90473283 0.97940574 0.28104009] [0.47466198 0.27617192 0.74221122 0.20462867] [0.34521728 0.46786105 0.24819072 0.71578562] [0.51775933 0.51530835 0.06254809 0.92659839] [0.30551515 0.60956763 0.43818475 0.31937707]]


■ 相关文献链接:

  • Trace of a matrix

● 相关图表链接:

  • 图3.4.1 Matrix Diagnoal

最后

以上就是可耐雪糕最近收集整理的关于numpy中计算矩阵数值的核心函数 §01 矩阵的迹 §02 QR分解 §03 特殊矩阵 的全部内容,更多相关numpy中计算矩阵数值的核心函数 内容请搜索靠谱客的其他文章。

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