关于矩阵

本文探讨了线性代数中的矩阵概念,包括张成空间、矩阵与向量的乘法表示线性变换、矩阵的逆及行列式条件。还阐述了矩阵的秩表示的变换维度,以及3×2矩阵和1×2矩阵的几何意义。此外,解释了协方差矩阵在正交变换下的作用,如何通过正交变换将随机变量转换为不相关的一组新变量,这一理论在信号处理、多元统计和主成分分析等领域具有重要意义。

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  1. 基向量 v ⃗ \vec{v} v w ⃗ \vec{w} w 全部线性组合构成的向量集合称为“张成的空间”

  2. shear(剪切):横的轴不变,竖轴斜

  3. 矩阵与向量相乘,就是将线性变换作用于那个向量

  4. 矩阵的行列式不为0,则它存在一个逆矩阵

  5. 秩(rank):代表着变换后空间的维度,变换后的向量落在直线上,这个变换的秩为1;落在平面上,秩为2

  6. 3×2的矩阵:几何意义是将一个二维空间映射到三维空间上

  7. 同理,1×2的矩阵:将二维空间映射到一维数轴上

  8. 设X的协方差矩阵 ∑ \sum 是一个可逆矩阵(也就是正定),那么由线性代数知识可以很轻易地知道存在一个正交变换 Y = Q S Y=QS Y=QS 使得Y的协方差矩阵是 Q ∑ Q T Q \sum Q^T QQT,成为一个对角矩阵,这也就是说我对X做一个正交变换,就能把它变成一个两两不相关的一组新的随机变量。这个规律在无数的工程问题(信号处理,多元统计,主成分分析等)中都是重要的理论基础之一。

  9. 协方差就是这样一种用来度量两个随机变量关系的统计量;从协方差可以引出“相关系数”的定义。协方差矩阵是一个对称的矩阵,而且对角线是各个维度上的方差。协方差矩阵计算的是不同维度之间的协方差,而不是不同样本之间的。

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