線性代數(shù)之矩陣

矩陣

數(shù)學中的矩陣是指方括號擴起來的一組數(shù)據(jù),如下

矩陣

通常我們用維數(shù)來描述矩陣行數(shù)和列數(shù)鲫趁,如上例就是一個2x2維的矩陣,

2x2維矩陣

我們用中括號或者下標來表示對應位置的數(shù)值饭尝,如下:

表示第一行第二列的數(shù)值

矩陣的加法和減法

先看一個例子:

矩陣A+矩陣B

矩陣的加法就是對應位置的數(shù)值相加肯腕,比如A[1, 1] + B[1,1] = 1 +2 = 3,相加的結果作為新矩陣同樣位置的數(shù)值钥平。相減同樣道理不再贅述实撒。
需要注意的是,相加和相減運算的兩個矩陣需要保證維數(shù)相同涉瘾,本例中它們都是2x3維的矩陣

矩陣的乘法

矩陣的乘法不像加法理解起來那么直觀知态,而且乘法的兩個矩陣是有順序的,還是先看例子:

AxB

計算過程如下:
1立叛,取出矩陣A的第一行得到一個行向量负敏,即[1, 2, 3]
2,取出矩陣B的第一列得到一個列向量秘蛇,即[2, 3, -1]
3其做,讓這兩個向量的對應位置的值相乘,然后求和赁还,即1x2 + 2x3 + 3x(-1)妖泄,結果為5,這個值作為結果矩陣[1, 1]位置的值艘策。
4蹈胡,以此類推,計算出其它位置的值朋蔫。

注意:從計算過程我們可以看出要想兩個矩陣相乘罚渐,必須滿足前一個矩陣(這里是A)的列數(shù)等于后一個矩陣(這里是B)的行數(shù),A是一個2x3矩陣斑举,B是一個3x2矩陣搅轿,最后得出是2x2矩陣(A的行數(shù)xB的列數(shù))。從計算過程我們也可以知道AxB和BxA結果是不同的富玷,所以矩陣的乘法是有順序的璧坟,這一點跟跟普通的數(shù)字相乘不同,需要注意赎懦。

矩陣的逆

在講矩陣的逆之前雀鹃,我們先要了解方陣單位矩陣的概念。
方陣是指行數(shù)和列數(shù)相等的矩陣励两,顧名思義就是方的黎茎。假設我們有如下方陣:

方陣A

單位矩陣是指如下形式的矩陣形式:

單位矩陣

假設我們用I來表示單位矩陣,單位矩陣可以使得AxI = IxA = A当悔,即如下:

單位矩陣公式

假設存在另一個矩陣與矩陣A相乘可以得到單位矩陣傅瞻,我們就稱它們互為逆矩陣踢代,如下:

逆矩陣

那么我們?nèi)绾慰梢缘玫侥骋粋€矩陣的逆矩陣呢?在解答這個問題之前嗅骄,我們再引入一個概念叫做行列式(determinant)胳挎,假設有一個矩陣A,那么A的行列式記作|A|溺森,我們以二階行列式(二維)為例慕爬,計算方法如下:

二階行列式計算

關于高階行列式的計算會相對復雜,主要涉及余子式概念(minors)屏积,感興趣的同學可以自己搜索下医窿。
這里我們以二階為例來說明如何計算逆矩陣,以上圖中的A矩陣為例炊林,其逆矩陣計算方法如下:

逆矩陣計算

圖中的矩陣我們叫作A的伴隨矩陣(adjugate of matrix A)姥卢,可以記作adj(A),關于高階伴隨矩陣如何計算渣聚,將在以后的文章中再繼續(xù)討論隔显,現(xiàn)在需要知道的就是A的逆矩陣可以通過如下公式計算:

逆矩陣計算

下面我們來看一個實際的例子

逆矩陣計算過程

感興趣的同學可以驗證下是否A和A的逆矩陣相乘為單位矩陣。本次關于矩陣的一些基本概念先介紹到這饵逐,后續(xù)會再進一步介紹高階矩陣的相關計算過程括眠。

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