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矩阵乘法的5种视角
行列内积
有矩阵和 矩阵(的总行数必须与的总列数相等),两矩阵相乘有 , 是一个 矩阵,对于 矩阵中的第 行第 列元素 ,有:
是的第行第列元素, 是的第行第列元素,其实是矩阵第行点乘矩阵第列
整列相乘
整列相乘就是使用矩阵乘以向量这种线性组合的思想:
的第列是的列向量以的第列作为系数所求得的线性组合
列向量的线性组合
整行相乘
同样的,也是利用行向量线性组合的思想
的第行是的行向量以 的第 行作为系数所求的的线性组合:
行向量的线性组合
列乘以行
用 矩阵的列乘以矩阵的行,得到的矩阵相加即可
是一个 向量乘以一个 向量,结果是矩阵,所有的矩阵之和就是计算结果
分块乘法
在分块合适的情况下,可以简化运算。
逆(方阵)
并不是所有的方阵都有逆;如果逆存在,则有。对于方阵,左逆和右逆是相等的,但是对于非方阵,其左逆不等于右逆。
这些有逆的矩阵,称其为可逆的或非奇异的。
奇异
一个奇异矩阵:,这个矩阵的行列式为。
如果用另一个矩阵乘,得到的结果矩阵中的每一列都是的倍数,所以不可能从的乘积中得到单位矩阵。
如果乘以任意非零向量能够得到向量,则矩阵不可逆,即使用判定:
证明:
如果对于非零的仍有,而有逆 ,则,即 ,与题设矛盾,得证。
求逆
,求
,使用列向量线性组合的思想,乘以 的第 列,能够得到 的第列,这时会得到一个关于列的方程组。
高斯-若尔当(Gauss-Jordan)方法,该方法可以一次处理所有的方程:
方程组为 ,要同时解这两个方程
构造这样一个矩阵 ,用消元法将左侧变为单位矩阵
于是,就将矩阵从 变为
高斯-若尔当法的本质是使用消元矩阵 ,对进行操作, ,利用一步步消元有 ,进而得到 ,其实这个消元矩阵 就是 ,而高斯-若尔当法中的只是负责记录消元的每一步操作,待消元完成,逆矩阵就自然出现了。
的逆矩阵:
则的逆矩阵为
的逆矩阵:
则的逆矩阵为