最小二乘法求解超定方程的原理

本文介绍了如何使用最小二乘法解决超定方程AX=0的问题。当n远大于m时,方程无解,但可以找到最小二乘意义下的解。通过求解过程,分析了矩阵B=ATA的特征值和特征向量,证明了解的形式为X=bm,其中bm是B的最大特征值对应的特征向量。

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假设

我们要求解一个方程AX=0AX=0AX=0
其中,A是一个n∗mn*mnm的矩阵,X是一个m∗1m*1m1的向量
一般情况下,n>>m,这就是一个超定方程了,理论上无解,但是我们可以求得最小二乘意义下的解

求解过程

min∣∣AX∣∣22min||AX||^2_2minAX22


∣∣AX∣∣22=(AX)T(AX)=XTATAX||AX||^2_2=(AX)^T(AX)=X^TA^TAXAX22=(AX)T(AX)=XTATAX
此时令B=ATAB=A^TAB=ATA,并且设B的特征值以及特征向量为λi,bi⃗\lambda_i,\vec{b_i}λi,bi ,此时可以得到几个结论

  1. X肯定可以表示为X
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