《机器学习线性代数基础:Python语言描述》读书笔记----相似矩阵与相似变换

本文探讨了坐标表示如何依赖于基底,并通过实例解释了线性变换矩阵如何随基底变化。相同向量在不同基底下的线性变换由不同的矩阵描述,这些矩阵被称为相似矩阵,它们表示的是同一空间变换在不同坐标系下的表达。通过矩阵变换可以将向量从一个基底转换到另一个,同时保持变换的性质不变。相似矩阵所对应的线性变换称为相似变换。理解这一概念对于理解和操作线性代数中的向量和矩阵至关重要。

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坐标取决于基底

结合前面知识,可知,坐标的表示使是基于 基底的。

书中给出一个例子:对于一个物体,它是客观存在的(类比:某个指定向量在空间中的绝对位置)。但是,如果换一个角度 看这个物体(类比:在空间中选取不同的基底),那么从不同角度看,则会看到不同的效果(类比:不同基底下对应的不同坐标值)。

描述线性变换的矩阵也取决与基底

对于一个向量而言,其空间位置改变,选取的基底不同,表征其线性变换的矩阵就不同。

这里可以结合文章《计算基底变换后坐标》看。

相似矩阵与相似变换

针对指定向量的同一个空间变换,用来在不同基底下进行描述的不同矩阵,彼此之间成为相似矩阵。相似矩阵所表示的线性变换,彼此之间称为相似变换

设一向量在基底 (e1,e2)(e_1,e_2)(e1,e2)下坐标为x,通过矩阵A完成了线性变换的过程,得到新的坐标为y’,也可以通过矩阵P,将行了变换到新基底(e1′,e2′)(e_1',e_2')(e1,e2)下的坐标表示,此时向量的坐标记作PxPxPx

此时,在新的基底下,用来表示上面同一个空间变换的则是矩阵B,即在新基底下变换后的目标坐标为BPxBPxBPx。如果要换回原来基底下的坐标表示,则通过左乘一个逆矩阵P−1P^{-1}P1来完成,即A=P−1BPA=P^{-1}BPA=P1BP

图。

在上述描述中,A和B就是相似矩阵,它们分别表示了同一个向量在两个不同基底下的相似变换过程。

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