矩阵与线性方程组

矩阵与线性方程组

以下内容主要引用自《Deep Learning》中文版

https://github.com/exacity/deeplearningbook-chinese

 

1、线性方程组以矩阵的形式表达如下,

              矩阵与线性方程组

其中矩阵与线性方程组是一个已知矩阵,也就是一个m行n列的矩阵;

矩阵与线性方程组是一个已知向量(m行1列);

矩阵与线性方程组是一个我们要求解的未知向量(n行1列)。

 

矩阵A中的每一个行和b中对应的元素构成一个约束,所以线性方程可以换种表达方式:

               矩阵与线性方程组, 用A的每一行和x向量相乘得到b向量的一个元素 

 

        或者详细的:矩阵与线性方程组, 这也是一般多项式的表达。

 

2、通过逆矩阵,我们可以求得线性多项式的解。

逆矩阵的性质:矩阵和其逆矩阵相乘等于单位矩阵。

               矩阵与线性方程组

逆矩阵求解多项式的推导过程:也就是逆矩阵左乘的过程。

             矩阵与线性方程组

 

3、如果逆矩阵存在,那么对于每一个向量b恰好存在一个解。

4、从方程组考虑,对于b的某些值,解的情况只会有三种可能:

  • 只存在一个解(只限于方阵,存在逆矩阵)
  • 不存在解
  • 存在无限多个解

  不存在多于一个解,少于无限个解的情况: 假设x和y都是方程组的解,考虑下面等式,α是任意值,z也是方程组的解。

               矩阵与线性方程组

5、线性方程组也可以换一种理解角度:

  • 可以将A的列向量看作从原点出发的不同方向,分析有多少个解的过程,也就是确定有多少种方法可以到达向量b,也就是坐标系中从原点到b点的路径。
  • 解向量x中的每个元素表示的是沿着对应的A的列向量的方向走多远。

                矩阵与线性方程组

     这种操作就是线性组合。一组向量的线性组合,是指每个向量乘以对应标量系数之后的和矩阵与线性方程组

 

生成子空间(span):原始向量线性组合后所能抵达的点的集合。

列空间(值域):确定Ax=b是否有解,相当于确定向量b是否在A的列向量的生成子空间中。

  • 如果对于任意b ∈ Rm,Ax=b都有解,那么A的列空间需要构成整个Rm
  • 如果Rm中的某个点不在A的列空间中,那么该点对应的b无解。
  • A至少m列

 

6、线性相关和线性无关

线性无关:一组向量中的任意一个向量,都不能表示成其他向量的线性组合。

线性相关,反之。

  • 线性相关的向量加入向量组中,不会增加向量组的生成子空间。
  • 如果A的列空间构成整个Rm,那么A必须包含至少一组m个线性无关向量。
  • 以上是对每一个b取值都有解的的充要条件。

 

转载于:https://www.cnblogs.com/jimobuwu/p/9160737.html

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