線性代數(shù)
向量
1.線性相關(guān)與線性無(wú)關(guān)
- 向量組線性相關(guān)
存在一組不全為的實(shí)數(shù),使得:
即至少有一個(gè)向量可以用其余向量線性表示。
- 向量組線性無(wú)關(guān)
當(dāng)且僅當(dāng)時(shí)前鹅,才有:
即存在一個(gè)向量,其不能等于向量組內(nèi)任意向量,可由向量組內(nèi)向量進(jìn)行唯一的線性表示悴侵。
2. 向量空間的維數(shù)
一個(gè)向量空間所包含的最大線性無(wú)關(guān)向量的數(shù)據(jù),稱為向量空間的維數(shù)拭嫁。
3. 向量的點(diǎn)積(內(nèi)積)
import numpy as np
u, v = np.array([1, 2, 3]), np.array([4, 5, 6])
uv = u.dot(v)
uv = np.dot(u, v)
uv
32
4. 三維向量的叉積(外積)
其中可免, 為軸的單位向量。
和 的叉積垂直于構(gòu)成的平面做粤,其方向符合右手規(guī)則浇借;
叉積的模等于構(gòu)成的平面四邊形的面積;
怕品;
import numpy as np
u, v = np.array([1, 2, 3]), np.array([4, 5, 6])
uv = np.cross(u, v).sum()
uv
0
5. 三維向量的混合積
- 其物理意義為:以為三個(gè)棱邊所圍成平行六面體的體積妇垢。當(dāng)構(gòu)成右手系時(shí),該平行六面體的體積為正號(hào)肉康。
6. 三維向量的并矢積
也記作 或者
import numpy as np
u, v = np.array([1, 2, 3]), np.array([4, 5, 6])
uv = np.outer(u, v)
uv
array([[ 4, 5, 6],
[ 8, 10, 12],
[12, 15, 18]])
7. Gram - Schmidt正交化
設(shè) 是 中的一個(gè)線性無(wú)關(guān)向量組闯估,若令
則就是一個(gè)正交向量組,若再令
就得到一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)正交向量組 迎罗,且該向量組與 等價(jià)睬愤。
import numpy as np
A = np.array([[1,1,6], ## numpy.linalg 是對(duì)列向量進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)正交化
[1,2,4],
[1,3,2]])
q, r = np.linalg.qr(A)
q, r
(array([[-5.77350269e-01, 7.07106781e-01, 4.08248290e-01],
[-5.77350269e-01, 5.55111512e-17, -8.16496581e-01],
[-5.77350269e-01, -7.07106781e-01, 4.08248290e-01]]),
array([[-1.73205081, -3.46410162, -6.92820323],
[ 0. , -1.41421356, 2.82842712],
[ 0. , 0. , 0. ]]))
矩陣
1. 矩陣的運(yùn)算
加法 , 都為矩陣
數(shù)乘
乘積
點(diǎn)乘(阿達(dá)馬積)
克羅內(nèi)克積
2.
,轉(zhuǎn)置厢岂;
光督,矩陣的逆;
塔粒,伴隨矩陣结借。
反矩陣
若矩陣可逆,則
若為階方陣卒茬,則
import numpy as np
A = np.mat(np.random.randint(10, size = (3,3)))
A = np.mat([[-3, 2, -5], [-1, 0, -2], [3, -4, 1]])
print(A)
print(A.T) # 轉(zhuǎn)置
print(A.I) # 逆
print(np.linalg.det(A)) # 行列式
print(np.dot(np.linalg.det(A), A.I)) # 伴隨矩陣
[[-3 2 -5]
[-1 0 -2]
[ 3 -4 1]]
[[-3 -1 3]
[ 2 0 -4]
[-5 -2 1]]
[[ 1.33333333 -3. 0.66666667]
[ 0.83333333 -2. 0.16666667]
[-0.66666667 1. -0.33333333]]
-6.0
[[-8. 18. -4.]
[-5. 12. -1.]
[ 4. -6. 2.]]
3. 矩陣的秩
初等變換不改變矩陣的秩
船老,特別當(dāng),則:
若存在圃酵,則柳畔;若存在,則郭赐;若薪韩,則;若,則
只有零解
import numpy as np
A = np.array([[1, 1], [2, 2]]) # rank = 1
# A = np.array([[1, 2], [3, 4]]) # rank = 2
A_rank = np.linalg.matrix_rank(A)
A_rank
1
4. 特征值與特征向量
設(shè)為階矩陣俘陷,若存在常數(shù)和維非零向量罗捎,使得
設(shè)是的一個(gè)特征值,則 特征值 拉盾, 特征值 桨菜, 特征值 , 特征值 盾剩, 特征值 雷激, 特征值 , 特征值 告私, 特征值
若為的個(gè)特征值,則
設(shè)為的個(gè)特征值承桥,對(duì)應(yīng)特征向量為驻粟,若,則
import numpy as np
A = np.mat([[-1, 1, 0], [-4, 3, 0], [1, 0, 2]])
eigenvalue, featurevector = np.linalg.eig(A)
eigenvalue, featurevector
(array([2., 1., 1.]), matrix([[ 0. , 0.40824829, 0.40824829],
[ 0. , 0.81649658, 0.81649658],
[ 1. , -0.40824829, -0.40824829]]))
5. 相似矩陣
- 設(shè)都是階矩陣凶异,若存在可逆矩陣蜀撑,使,則稱是的相似矩陣, 并稱矩陣與相似剩彬,記為酷麦。
對(duì)進(jìn)行運(yùn)算稱為對(duì)進(jìn)行相似變換,稱可逆矩陣為相似變換矩陣喉恋。