机器学习数学知识积累之线性代数解析几何,微积分 (7)

$$\begin{vmatrix}a_{11} & a_{12} & ...  & a_{1n}\\ a_{21} & a_{22} & ...  & a_{2n}\\ ... & ... & ...  & ...\\ a_{n1} &a_{n2} & ...  & a_{nn}\end{vmatrix}= a_{i1}A_{i1}+ a_{i2}A_{i2}+...a_{in}A_{in}$$

$$a_{i1}A_{k1}+ a_{i2}A_{k2}+...a_{in}A_{kn} = 0, i\neq k$$

机器学习数学知识积累之线性代数解析几何,微积分

如果下面的线性方程组有非零解,则系数行列式必为0,

$$\left\{\begin{matrix}a_{11}x_1 +& a_{12}x_2+ & a_{1n}x_n  &  = 0\\ a_{21}x_1 +& a_{22}x_2+ & a_{2n}x_n &  = 0\\ a_{n1}x_1 +& a_{n2}x_2 + & a_{nn}x_n&  = 0 \end{matrix}\right.$$

$$\begin{vmatrix}a_{11} & a_{12} & a_{1n}\\ a_{21} & a_{22} & a_{2n}\\ a_{n1} & a_{n2} & a_{nn} \end{vmatrix}=0$$

矩阵 矩阵的线性运算:

加减+数乘组成了线性运算

矩阵的乘法:

  $$A = \begin{pmatrix}a_{11} & a_{12} & .. & a_{1n}\\ a_{21} & a_{22} & .. & a_{2n} \\ a_{m1} & a_{m2}&  .. & a_{mn}\end{pmatrix}_{mXn}$$

$$B = \begin{pmatrix}b_{11} & b_{12} & .. & b_{1p}\\ b_{21} & b_{22} & .. & b_{2p} \\ b_{n1} & b_{n2}&  .. & b_{np}\end{pmatrix}_{nXp}$$

则$$C = AB = \begin{pmatrix}c_{11} & c_{12} & .. & c_{1p}\\ c_{21} & c_{22} & .. & c_{2p} \\ c_{m1} & c_{m2}&  .. & c_{mp}\end{pmatrix}_{mXp}$$

需要注意的是:矩阵满足乘法的条件是A的列数=B的行数, A的行数决定乘积的行数,B的列数决定乘积的列数,A的列和B的行好像抵消掉了一样。

$$c_{ij} = \sum_{x=1}^{n}a_{ix}b_{xj}$$

矩阵乘法不同观点考察:行观点 .vs. 列观点 .vs. 点积观点

行观点:

行观点常见的应用场景为:行向量 X 矩阵 = 行向量 ;$XA=Y$,行观点表达的是矩阵中每个行向量的线性组合。此时矩阵出现在右侧,我们称为右乘。可以将左面的X推广到多个行组成的矩阵形成矩阵乘法

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列观点:

列观点常见的应用场景是:矩阵 X 列向量 = 列向量; $AX = Y$.列观点要表达的是矩阵中每个列向量的线性组合。此时矩阵出现在左侧,我们称为左乘,可以将右面的X推广到多列形成矩阵的乘法

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点积观点

常见的应用场景为:行向量 X 列向量 = 标量,常用于矩阵乘法的代数运算。

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$c_{ij} = A_iB_j$

结果矩阵$C$中的第i行第j列元素等于A的第i个行向量和B的第j个列向量点积

矩阵乘法的应用:

以下线性方程组

$$\left\{\begin{matrix}a_{11}x_1+ & .. & a_{1n}x_n &=b_1 \\ a_{m1}x_1+ & .. & a_{mn}x_n &=b_m\end{matrix}\right.$$

可以写成矩阵乘法的形式:$AX = \beta $

其中$A$为系数矩阵,$\beta$为常数向量$X$为自变量向量

线性变换的叠加:

设$$\left\{\begin{matrix}x_1 = a_{11}y_1+a_{12}y_2+..+a_{1n}y_n\\ x_n = a_{n1}y_1+a_{n2}y_2+..+a_{nn}y_n\end{matrix}\right.$$

$X=AY$

$$\left\{\begin{matrix}y_1 = b_{11}z_1+b_{12}z_2+..+b_{1n}z_n\\ y_n = b_{n1}z_1+b_{n2}z_2+..+b_{nn}z_n\end{matrix}\right.$$

$Y=BZ$

则$X$和$Z$之间的关系可以这样表达:

$$X=A(BZ)=(AB)Z$$

也就是说$X,Z$之间的关系可以用矩阵$AB$来表达

方阵行列式的乘法公式:

$$|AB| = |A| |B|$$

行列式的值等于特征值的乘积 $|A| = \prod \lambda _i$

推论:

$$|AB| = |BA| = |A| |B|$$

$|A\'B| = |AB|$ $|A^{-1}BA| = |B|$ 

$|kA|=k^{n}|A|$

转置矩阵:

$$A=\begin{pmatrix}a_{11} &.. a_{1n} \\ a_{m1} &.. a_{mn}\end{pmatrix} mXn$$

$$A^{T}=A\' = \begin{pmatrix}a_{11} &.. a_{m1} \\ a_{1n} &.. a_{mn}\end{pmatrix} a_{ij} = a\'_{ji} 为 nXm$$

转置矩阵的性质:

$(AB)^{T} = B^{T}A^{T}$

$|A^T| = |A|$

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