理解線性代數(shù)核心算法:矩陣乘法就是“方法乘以對(duì)象”

本文直指線性代數(shù)最最核心的算法——矩陣乘法藻茂。

記憶矩陣乘法的最速方法

矩陣乘法,在書(shū)本上有它的公式裳食,但是太不直觀了矛市,不好記憶,一時(shí)記住了也很快忘記诲祸。

最快的/最難以忘懷的記憶方法來(lái)了浊吏,直接上例子:

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如何計(jì)算呢?采用如下方法救氯,先起個(gè)名兒吧找田,叫——“占位法”

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先把后面的矩陣B向上寫(xiě)出一個(gè)“身位”着憨,只要站對(duì)位置墩衙,后面就手到擒來(lái)

然后甲抖,黃線上的數(shù)字對(duì)應(yīng)相乘再相加漆改,豎線上的位置對(duì)應(yīng)相乘再相加,搞定惧眠!

再直觀一點(diǎn)籽懦,畫(huà)成表格——

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占位法——用表格畫(huà)更直觀

怎么樣于个,是不是看過(guò)一眼再也忘不掉氛魁?

占位法解釋為什么矩陣乘法沒(méi)有交換率

矩陣乘法沒(méi)有交換率,但是為什么厅篓?

再看一眼“占位”就知道了——

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如果交換占位了秀存,結(jié)果一樣么?不一樣啊羽氮,所以沒(méi)有交換率或链。

占位法解釋矩陣乘法轉(zhuǎn)置換向公式

矩陣乘法雖然沒(méi)有交換率,但是我們有:矩陣乘法轉(zhuǎn)置換向公式:

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有了占位法档押,這一切都順理成章了:

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這張圖已經(jīng)不用解釋澳盐,是不是一目了然啊令宿?公式所表達(dá)的叼耙,翻譯過(guò)來(lái),無(wú)非是:

占位法表格沿綠色虛線整體鏡像粒没,計(jì)算結(jié)果位置當(dāng)然也發(fā)生了鏡像筛婉!

占位法解釋矩陣乘法前提條件

不是什么樣的兩個(gè)矩陣都能相乘的,前提條件是:

A矩陣的列數(shù) = B矩陣的行數(shù)

這怎么記榜伞爽撒?

其實(shí)入蛆,從占位法來(lái)看,這是再明顯不過(guò)的事情了硕勿!

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所謂矩陣能否相乘的條件哨毁,就是表格畫(huà)不畫(huà)得出來(lái)的條件啊源武!

想象一下挑庶,如果不滿足 “A矩陣的列數(shù) = B矩陣的行數(shù)”這個(gè)條件,就根本無(wú)法實(shí)現(xiàn)表格中所謂的“對(duì)應(yīng)位置相乘”软能,因?yàn)閷?duì)應(yīng)的位置不夠啊迎捺。

還有一個(gè)簡(jiǎn)單快捷的判斷方法,把角標(biāo)寫(xiě)出來(lái)查排,最相鄰的角標(biāo)數(shù)字相等凳枝,就可以相乘

矩陣乘法的基礎(chǔ)意義

上一節(jié)課跋核,我們?nèi)藶橐?guī)定了列向量與行向量的不同意義岖瑰,因?yàn)檫@樣會(huì)大大幫忙我們對(duì)于向量的理解,下面我們進(jìn)一步引申——

矩陣的行和列也是不同意義的砂代,矩陣的行數(shù) 就認(rèn)為是“矩陣的維數(shù)”蹋订。

為啥?

因?yàn)榫仃囍械脑乜桃粒橇邢蛄浚ㄉ瞎?jié)課)露戒,而列向量的維度就是矩陣的行數(shù)。

OK捶箱,那么矩陣乘法有什么最基礎(chǔ)的意義智什?

比如:

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對(duì)于B來(lái)說(shuō),原來(lái)是三維陣丁屎,經(jīng)過(guò)方法A后變成了二維陣荠锭,所以2×3意義是,將三維陣降維為二維陣晨川。

所以证九,單從形式上來(lái)看,矩陣相乘完成了 “維度的傳遞”共虑。

乘法的本質(zhì)

想要了解矩陣乘法的本質(zhì)愧怜,那么您了解普通乘法的本質(zhì)么?

先來(lái)一個(gè)小學(xué)乘法:

2個(gè)人看蚜,每人3個(gè)蘋(píng)果叫搁,一共幾個(gè)蘋(píng)果?
2×3=6
上面乘法的意義是:
(2倍)×(3個(gè)蘋(píng)果)=(6個(gè)蘋(píng)果)

所以乘法是:

數(shù)×量
即:(方法)×(對(duì)象)=(新的對(duì)象)

“當(dāng)我們暫時(shí)剝奪數(shù)量乘法的交換率,反而可以更好地理解渴逻,什么是乘法疾党。

乘法就是把‘對(duì)象’施加‘方法’成為新的‘對(duì)象’的過(guò)程,表示為:

‘方法’ × ‘對(duì)象’

咱們把上節(jié)課的例子拿出來(lái)再仔細(xì)理解一下:

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OK惨奕,如果咱們的“對(duì)象”很多雪位,比如4位將軍的信息都要分析呢,這樣:

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清晰吧梨撞!其實(shí)雹洗,4x4的大矩陣,也還是由4個(gè)列向量組成的:

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所以——

“矩陣是向量的向量卧波∈敝祝”

好了,我們?cè)龠M(jìn)一步港粱,如果要分析多位將軍的多種能力螃成,怎么辦:

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就這么簡(jiǎn)單!總結(jié)一句話:

乘法就是把‘對(duì)象’施加‘方法’成為新的‘對(duì)象’的過(guò)程查坪,表示為:

‘方法’ × ‘對(duì)象’

這就是矩陣乘法的本質(zhì)寸宏。

學(xué)過(guò)編程的同學(xué)可能對(duì)這兩個(gè)詞很熟悉,會(huì)理解得比較快偿曙。緊接著后面兩節(jié)課氮凝,我們會(huì)繼續(xù)切入這個(gè)本質(zhì)意義,分別從“運(yùn)動(dòng)”和“維度”兩個(gè)角度望忆,解釋方法與對(duì)象的理念罩阵。

數(shù)學(xué)與編程是完美相通的學(xué)問(wèn)

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