矩阵的QR分解(三种方法)Python实现

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#coding:utf8
import numpy as np

def gram_schmidt(A):
    """Gram-schmidt正交化"""
    Q=np.zeros_like(A)
    cnt = 0
    for a in A.T:
        u = np.copy(a)
        for i in range(0, cnt):
            u -= np.dot(np.dot(Q[:, i].T, a), Q[:, i]) 
### Python 实现矩阵分解方法 #### LU 分解 LU 分解是一种将给定的方阵 \( A \) 表达为下三角矩阵 \( L \) 和上三角矩阵 \( U \) 的乘积的方法。 ```python import numpy as np from scipy.linalg import lu # 定义一个矩阵 A = np.array([[4, 3], [6, 3]]) P, L, U = lu(A) print("L:") print(L) print("\nU:") print(U) ``` 此代码展示了如何利用 `scipy` 库中的函数来进行 LU 分解[^5]。 #### QR 分解 QR 分解是指把矩阵表示成一个正交矩阵 \( Q \) 和一个上三角形矩阵 \( R \) 的乘积的过程。 ```python from scipy.linalg import qr Q, R = qr(A) print("Q:") print(Q) print("\nR:") print(R) ``` 这段程序说明了怎样借助于 SciPy 来执行 QR 分解[^1]。 #### 奇异值分解(SVD) 对于任何大小的矩形实数或复数矩阵,都可以找到它的奇异值分解形式\( A = U\Sigma V^T \),这里 \( U \), \( V \) 都是酉矩阵而 \( \Sigma \) 则是对角线上含有非负实数(即奇异值)的对角矩阵。 ```python from scipy.linalg import svd U, s, VT = svd(A) print("U:") print(U) print("\nsingular values:") print(s) print("\nV transpose:") print(VT) ``` 上述脚本解释了使用SciPy库完成 SVD 运算的方式[^3]。 #### Cholesky 分解 如果矩阵是一个对称且正定的方阵,则可以选择更高效的 Cholesky 分解方式。它会得到一个下三角矩阵 \( C \),使得原矩阵等于这个矩阵与其转置相乘的结果。 ```python from scipy.linalg import cholesky C = cholesky(np.dot(A.T, A)) print("Cholesky factorization result:") print(C) ``` 以上实例呈现了采用 Scipy 执行 Cholesky 分解的具体做法。
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