矩阵论中的几个知识点

1. Normal Equation

Given a matrix equation


the normal equation is that which minimizes the sum of the square differences between the left and right sides:


It is called a normal equation because  is normal to the range of. Here, is a normal matrix.

2. Normal Matrix

A square matrix  is a normal matrix if

where  is the commutator and denotes the conjugate transpose.

正态矩阵,即具有性质的矩阵,即矩阵的不同列正交。

3. 实对称矩阵的性质

  1. 实对称矩阵的特征值都是实数
  2. 实对称矩阵的特征向量都是实向量
  3. 实对称矩阵的属于不同特征值的特征向量正交(矩阵的属于不同特征值的特征向量线性无关,正交向量组必线性无关)
  4. 实对称矩阵的属于不同特征值的特征向量线性无关
  5. 阶实对称矩阵恰有个线性无关的特征向量,进而有个单位正交的特征向量
  6. 实对称矩阵必可对角化
  7. 若两实对称矩阵有相同的特征值,则二者相似

4. 矩阵的迹

  1. 是所有对角元的和
  2. 是所有特征值的和

5. Hermitian matrix

该矩阵为一方阵,

6. Rayleigh quotient

In mathematics, for a given complex Heimitian matrix M and nonzero vector x, the Rayleigh quotient R(M, x), is defined as:

R(M,x) := {x^{*} M x \over x^{*} x}.

the conjugate transpose x^{*}

7. 向量范数


1-范数:

2-范数:

-范数:


p-范数:


8. 矩阵范数


Frobenius范数,或简称F-范数:


\|A\|_F=\sqrt{\sum_{i=1}^m\sum_{j=1}^n |a_{ij}|^2}=\sqrt{\operatorname{trace}(A^{​{}^*} A)}=\sqrt{\sum_{i=1}^{\min\{m,\,n\}} \sigma_{i}^2}

列和范数、谱范数和行和范数:




If the singular values are denoted by σi, then the Schatten p-norm is defined by

 \|A\|_p = \left( \sum_{i=1}^{\min\{m,\,n\}} \sigma_i^p \right)^{1/p}. \,

The most familiar cases are p = 1, 2, ∞. The case p = 2 yields the Frobenius norm, introduced before. The case p = ∞ yields the spectral norm, which is the matrix norm induced by the vector 2-norm (see above). Finally, p = 1 yields the nuclear norm (also known as the trace norm(迹范数), or the Ky Fan 'n'-norm), defined as

\|A\|_{*} = \operatorname{trace} \left(\sqrt{A^*A}\right) = \sum_{i=1}^{\min\{m,\,n\}} \sigma_i.

\|A\|_{\text{tr}}=\operatorname{trace}(\sqrt{A^*A})=\sum_{i=1}^{\min\{m,\,n\}} \sigma_{i}.

(Here \sqrt{A^*A} denotes a positive semidefinite matrix B such that BB=A^*A. More precisely, since A^*A is a positive semidefinite matrix, its square root is well-defined.)

nuclear norm即矩阵的奇异值的和。

L-1 norm:





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