3.【线性代数】——矩阵乘法和逆矩阵

news2025/3/13 3:58:31

三 矩阵乘法和逆矩阵

1. 矩阵乘法

1.1 常规方法

[ . . . . . . . . . . . . a 31 a 32 a 33 a 34 . . . . . . . . . . . . ] ⏟ A m ∗ n [ . . . . . . . . . b 14 . . . . . . . . . b 24 . . . . . . . . . b 34 . . . . . . . . . b 44 ] ⏟ B n ∗ p = [ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . C 34 . . . . . . . . . . . . ] ⏟ C m ∗ p \underbrace{\begin{bmatrix} ...&...&...&...\\ a_{31}&a_{32}&a_{33}&a_{34}\\ ...&...&...&...\\ \end{bmatrix}}_{A_{m*n}} \underbrace{\begin{bmatrix} ...&...&...&b_{14}\\ ...&...&...&b_{24}\\ ...&...&...&b_{34}\\ ...&...&...&b_{44} \end{bmatrix}}_{B_{n*p}}= \underbrace{\begin{bmatrix} ...&...&...&...\\ ...&...&...&C_{34}\\ ...&...&...&... \end{bmatrix}}_{C_{m*p}} Amn ...a31......a32......a33......a34... Bnp ....................................b14b24b34b44 =Cmp ..............................C34...
C 34 = A r o w 3 ∗ B c o l 4 = ∑ i = 1 n a 3 i ∗ b i 4 C_{34} = A_{row_3}*B_{col_4} = \sum\limits_{i=1}^{n}a_{3i}*b_{i4} C34=Arow3Bcol4=i=1na3ibi4

1.2 列向量组合

已知
[ A 11 A 12 A 13 A 21 A 22 A 23 A 31 A 32 A 33 ] [ B 11 B 21 B 31 ] = B 11 ∗ A c o l 1 + B 21 ∗ A c o l 2 + B 31 ∗ A c o l 3 = [ B 11 ∗ A 11 + B 21 ∗ A 12 + B 31 ∗ A 13 B 11 ∗ A 21 + B 21 ∗ A 22 + B 31 ∗ A 23 B 11 ∗ A 31 + B 21 ∗ A 32 + B 31 ∗ A 33 ] \begin{aligned} \begin{bmatrix} A_{11}&A_{12}&A_{13}\\ A_{21}&A_{22}&A_{23}\\ A_{31}&A_{32}&A_{33} \end{bmatrix} \begin{bmatrix} B_{11}\\ B_{21}\\ B_{31} \end{bmatrix} &=B_{11}*A_{col1}+B_{21}*A_{col2}+B_{31}*A_{col3} \newline &= \begin{bmatrix} B_{11}*A_{11}+B_{21}*A_{12}+B_{31}*A_{13}\\ B_{11}*A_{21}+B_{21}*A_{22}+B_{31}*A_{23}\\ B_{11}*A_{31}+B_{21}*A_{32}+B_{31}*A_{33} \end{bmatrix}\end{aligned} A11A21A31A12A22A32A13A23A33 B11B21B31 =B11Acol1+B21Acol2+B31Acol3= B11A11+B21A12+B31A13B11A21+B21A22+B31A23B11A31+B21A32+B31A33
那么
[ A 11 A 12 A 13 A 21 A 22 A 23 A 31 A 32 A 33 ] ⏟ A [ B 11 B 12 B 21 B 22 B 31 B 32 ] ⏟ B = [ B 11 ∗ A c o l 1 + B 21 ∗ A c o l 2 + B 31 ∗ A c o l 3 B 12 ∗ A c o l 1 + B 22 ∗ A c o l 2 + B 32 ∗ A c o l 3 ] ⏟ C = [ B 11 ∗ A 11 + B 21 ∗ A 12 + B 31 ∗ A 13 B 12 ∗ A 11 + B 22 ∗ A 12 + B 32 ∗ A 13 B 11 ∗ A 21 + B 21 ∗ A 22 + B 31 ∗ A 23 B 12 ∗ A 21 + B 22 ∗ A 22 + B 32 ∗ A 23 B 11 ∗ A 31 + B 21 ∗ A 32 + B 31 ∗ A 33 B 12 ∗ A 31 + B 22 ∗ A 32 + B 32 ∗ A 33 ] \begin{aligned} \underbrace{\begin{bmatrix} A_{11}&A_{12}&A_{13}\\ A_{21}&A_{22}&A_{23}\\ A_{31}&A_{32}&A_{33} \end{bmatrix}}_{A} \underbrace{\begin{bmatrix} B_{11}&B_{12}\\ B_{21}&B_{22}\\ B_{31}&B_{32} \end{bmatrix}}_{B} &=\underbrace{\begin{bmatrix}B_{11}*A_{col1}+B_{21}*A_{col2}+B_{31}*A_{col3} & B_{12}*A_{col1}+B_{22}*A_{col2}+B_{32}*A_{col3}\end{bmatrix}}_{C} \newline &=\begin{bmatrix} B_{11}*A_{11}+B_{21}*A_{12}+B_{31}*A_{13}& B_{12}*A_{11}+B_{22}*A_{12}+B_{32}*A_{13}\\ B_{11}*A_{21}+B_{21}*A_{22}+B_{31}*A_{23} & B_{12}*A_{21}+B_{22}*A_{22}+B_{32}*A_{23}\\ B_{11}*A_{31}+B_{21}*A_{32}+B_{31}*A_{33} & B_{12}*A_{31}+B_{22}*A_{32}+B_{32}*A_{33} \end{bmatrix}\end{aligned} A A11A21A31A12A22A32A13A23A33 B B11B21B31B12B22B32 =C [B11Acol1+B21Acol2+B31Acol3B12Acol1+B22Acol2+B32Acol3]= B11A11+B21A12+B31A13B11A21+B21A22+B31A23B11A31+B21A32+B31A33B12A11+B22A12+B32A13B12A21+B22A22+B32A23B12A31+B22A32+B32A33
C矩阵是A矩阵的列向量组合

1.3 行向量组合

已知
[ A 11 A 12 A 13 ] [ B 11 B 12 B 21 B 22 B 31 B 32 ] = A 11 ∗ B r o w 1 + A 12 ∗ B r o w 2 + A 13 ∗ B r o w 3 = [ A 11 ∗ B 11 A 11 ∗ B 12 + + A 12 ∗ B 21 A 12 ∗ B 22 + + A 13 ∗ B 31 A 13 ∗ B 32 ] \begin{aligned} \begin{bmatrix} A_{11}&A_{12}&A_{13} \end{bmatrix} \begin{bmatrix} B_{11}&B_{12}\\ B_{21}&B_{22}\\ B_{31}&B_{32} \end{bmatrix} &=A_{11}*B_{row1}+A_{12}*B_{row2}+A_{13}*B_{row3} \newline &= \begin{bmatrix} A_{11}*B_{11}&A_{11}*B_{12}\\ +&+\\ A_{12}*B_{21}&A_{12}*B_{22}\\ +&+\\ A_{13}*B_{31}&A_{13}*B_{32} \end{bmatrix}\end{aligned} [A11A12A13] B11B21B31B12B22B32 =A11Brow1+A12Brow2+A13Brow3= A11B11+A12B21+A13B31A11B12+A12B22+A13B32
那么
[ A 11 A 12 A 13 A 21 A 22 A 23 A 31 A 32 A 33 ] ⏟ A [ B 11 B 12 B 21 B 22 B 31 B 32 ] ⏟ B = [ A 11 ∗ B r o w 1 + A 12 ∗ B r o w 2 + A 13 ∗ B r o w 3 A 21 ∗ B r o w 1 + A 22 ∗ B r o w 2 + A 23 ∗ B r o w 3 A 31 ∗ B r o w 1 + A 32 ∗ B r o w 2 + A 33 ∗ B r o w 3 ] ⏟ C \begin{aligned} \underbrace{\begin{bmatrix} A_{11}&A_{12}&A_{13}\\ A_{21}&A_{22}&A_{23}\\ A_{31}&A_{32}&A_{33} \end{bmatrix}}_{A} \underbrace{\begin{bmatrix} B_{11}&B_{12}\\ B_{21}&B_{22}\\ B_{31}&B_{32} \end{bmatrix}}_{B} &=\underbrace{\begin{bmatrix} A_{11}*B_{row1}+A_{12}*B_{row2}+A_{13}*B_{row3}\\ A_{21}*B_{row1}+A_{22}*B_{row2}+A_{23}*B_{row3}\\ A_{31}*B_{row1}+A_{32}*B_{row2}+A_{33}*B_{row3} \end{bmatrix}}_{C} \newline \end{aligned} A A11A21A31A12A22A32A13A23A33 B B11B21B31B12B22B32 =C A11Brow1+A12Brow2+A13Brow3A21Brow1+A22Brow2+A23Brow3A31Brow1+A32Brow2+A33Brow3
C矩阵是B矩阵的行向量组合

1.4 单行和单列的乘积和

[ 2 7 3 8 4 9 ] [ 1 6 1 1 ] = [ 2 3 4 ] [ 1 6 ] + [ 7 8 9 ] [ 1 1 ] = [ 9 19 11 26 13 33 ] \begin{aligned} \begin{bmatrix} 2&7\\ 3&8\\ 4&9 \end{bmatrix} \begin{bmatrix} 1&6\\ 1&1\\ \end{bmatrix} &= \begin{bmatrix} 2\\ 3\\ 4 \end{bmatrix} \begin{bmatrix} 1&6\\ \end{bmatrix} + \begin{bmatrix} 7\\ 8\\ 9 \end{bmatrix} \begin{bmatrix} 1&1\\ \end{bmatrix} \newline &= \begin{bmatrix} 9&19\\ 11&26\\ 13&33 \end{bmatrix} \end{aligned} 234789 [1161]= 234 [16]+ 789 [11]= 91113192633

1.5 块乘法

[ A 1 ∣ A 2 —— —— —— A 3 ∣ A 4 ] [ B 1 ∣ B 2 —— —— —— B 3 ∣ B 4 ] = [ A 1 ∗ B 1 + A 2 ∗ B 3 ∣ A 1 ∗ B 2 + A 2 ∗ B 4 ———————— —— ———————— A 3 ∗ B 1 + A 4 ∗ B 3 ∣ A 3 ∗ B 2 + A 4 ∗ B 4 ] \begin{bmatrix} A_{1}&|&A_{2}\\ ——&——&——\\ A_{3}&|&A_{4} \end{bmatrix} \begin{bmatrix} B_{1}&|&B_{2}\\ ——&——&——\\ B_{3}&|&B_{4} \end{bmatrix} =\begin{bmatrix} A_{1}*B_{1}+A_2*B_{3}&|&A_{1}*B_{2}+A_2*B_{4}\\ ————————&——&————————\\ A_{3}*B_{1}+A_4*B_{3}&|&A_{3}*B_{2}+A_4*B_{4} \end{bmatrix} A1——A3——A2——A4 B1——B3——B2——B4 = A1B1+A2B3————————A3B1+A4B3——A1B2+A2B4————————A3B2+A4B4

2. 逆矩阵

2.1 逆矩阵的定义

存在
A − 1 A = I A^{-1}A = I A1A=I
那么,称 A − 1 A^{-1} A1为A的逆矩阵,A是可逆的,记为非奇异矩阵

当A为方阵(行数=列数)时,左逆矩阵=右逆矩阵
A − 1 A = I = A A − 1 A^{-1}A = I=AA^{-1} A1A=I=AA1

2.2 奇异矩阵

存在 A x = 0 ( x 非零向量 ) ⇒ A 不可逆 Ax=0(x非零向量)\Rightarrow A不可逆 Ax=0(x非零向量)A不可逆
证明如下
A x = 0 ⇒ A − 1 A = I A − 1 A x = 0 ⇒ x = 0 (与 x 为非零向量冲突) \begin{aligned} &Ax = 0 \newline&\xRightarrow{A^{-1}A=I} A^{-1}Ax=0\newline &\xRightarrow{} x=0 (与x为非零向量冲突) \end{aligned} Ax=0A1A=I A1Ax=0 x=0(与x为非零向量冲突)

延伸(学习了后面的列向量等):

  • A x Ax Ax是A的列向量的线性组合, A x = 0 有解 Ax=0有解 Ax=0有解说明,存在A的列向量的组合为0,A不是满秩矩阵。
  • 那么奇异矩阵不是满秩矩阵
    那能不能说明由此推导出满秩矩阵可逆?
    好像不是很充分,除非能推导出 A x = 0 ( x 非零向量 ) 无解 ⇒ A 可逆 Ax=0(x非零向量)无解\Rightarrow A可逆 Ax=0(x非零向量)无解A可逆
2.3 Gauss-Jordan 求逆矩阵
2.3.1 求逆矩阵 ⟺ \Longleftrightarrow 解方程组

[ 1 3 2 7 ] ⏟ A [ a c b d ] ⏟ A − 1 = [ 1 0 0 1 ] ⏟ I ⟺ { a + 3 b = 1 2 c + 7 d = 1 \underbrace{\begin{bmatrix} 1&3\\ 2&7 \end{bmatrix}}_{A} \underbrace{\begin{bmatrix} a&c\\ b&d \end{bmatrix}}_{A^{-1}} =\underbrace{\begin{bmatrix} 1&0\\ 0&1 \end{bmatrix}}_{I} \Longleftrightarrow \begin{cases} a+3b=1 \\ 2c+7d=1\\ \end{cases} A [1237]A1 [abcd]=I [1001]{a+3b=12c+7d=1

2.3.2 Gauss-Jordan求逆矩阵

A A − 1 = I AA^{-1}=I AA1=I 可写为:
{ [ 1 3 2 7 ] [ a b ] = [ 1 0 ] [ 1 3 2 7 ] [ c d ] = [ 0 1 ] \begin{cases} \begin{bmatrix} 1&3\\ 2&7 \end{bmatrix} \begin{bmatrix} a\\b \end{bmatrix} = \begin{bmatrix} 1\\0 \end{bmatrix} \\\\ \begin{bmatrix} 1&3\\ 2&7 \end{bmatrix} \begin{bmatrix} c\\d \end{bmatrix} = \begin{bmatrix} 0\\1 \end{bmatrix} \end{cases} [1237][ab]=[10][1237][cd]=[01]

[ 1 3 1 0 2 7 0 1 ] ⏟ 增广矩阵[A|I] ⇒ r o w 2 − 2 r o w 1 [ 1 3 1 0 0 1 − 2 1 ] ⇒ r o w 1 − 3 r o w 2 [ 1 0 7 − 3 0 1 − 2 1 ] ⏟ [ I ∣ E ] \begin{aligned} \underbrace{\begin{bmatrix} 1&3&1&0\\ 2&7&0&1 \end{bmatrix}}_{\text{增广矩阵[A|I]}} &\xRightarrow{row_{2}-2row_{1}} \begin{bmatrix} 1&3&1&0\\ 0&1&-2&1 \end{bmatrix} \newline&\xRightarrow{row_{1}-3row_{2}} \underbrace{\begin{bmatrix} 1&0&7&-3\\ 0&1&-2&1 \end{bmatrix}}_{[I|E]} \end{aligned} 增广矩阵[A|I] [12371001]row22row1 [10311201]row13row2 [IE] [10017231]
第一种,老师上课讲的,公式推导
E [ A I ] = [ I E ] ⇒ E A = I ⇒ E = A − 1 E\begin{bmatrix} A&I \end{bmatrix} =\begin{bmatrix} I&E \end{bmatrix} \Rightarrow EA=I \Rightarrow E = A^{-1} E[AI]=[IE]EA=IE=A1
ps:

  • 从矩阵A经过消元变成了单位矩阵, 那么A满秩,不然变不成单位矩阵。
  • 所以说,如果A可逆,那么A一定是满秩矩阵。
  • 如果A满秩,那么A一定可逆。

第二种,回代到方程组中,也能求出解
{ [ 1 0 0 1 ] [ a b ] = [ 7 − 2 ] [ 1 0 0 1 ] [ c d ] = [ − 3 1 ] ⇒ { a = 7 b = − 2 c = − 3 d = 1 \begin{cases} \begin{bmatrix} 1&0\\ 0&1 \end{bmatrix} \begin{bmatrix} a\\b \end{bmatrix} = \begin{bmatrix} 7\\-2 \end{bmatrix} \\\\ \begin{bmatrix} 1&0\\ 0&1 \end{bmatrix} \begin{bmatrix} c\\d \end{bmatrix} = \begin{bmatrix} -3\\1 \end{bmatrix} \end{cases} \Rightarrow \begin{cases} a = 7\\ b=-2\\ c=-3\\ d=1 \end{cases} [1001][ab]=[72][1001][cd]=[31] a=7b=2c=3d=1

本文来自互联网用户投稿,该文观点仅代表作者本人,不代表本站立场。本站仅提供信息存储空间服务,不拥有所有权,不承担相关法律责任。如若转载,请注明出处:http://www.coloradmin.cn/o/2299777.html

如若内容造成侵权/违法违规/事实不符,请联系多彩编程网进行投诉反馈,一经查实,立即删除!

相关文章

C进阶 数据的存储

目录 前言 一,VS的知识储备 二,有趣的scanf()读取 三,数据的存储 引言 四,整数存储 五,小数存储 总结 前言 这里将深入计算机,看计算机是如何进行数据的存储的,怎么在计算机里面筑巢 为…

【c++】【Linux】【进程】线程终止/崩溃 会导致进程终止/崩溃 吗?

【c】【Linux】【进程】线程终止/崩溃 会导致进程终止/崩溃 吗? 1.线程终止会导致进程终止吗? 在操作系统中,线程是进程的基本执行单元,一个进程可以包含一个或多个线程。 当一个子线程终止时,进程并不会因此自动终…

springcloud集成gateway

本篇文章只介绍gateway模块的搭建步骤,并无gateway详细介绍 gateway详解请查看:SpringCloudGateway官方文档详解 前置处理 父模块中已指定版本 不知道如何选择版本看这篇: 手把手教你梳理springcloud与springboot与springcloudalibaba的版本…

pandas(13 Caveats Gotchas和SQL比较)

前面内容:pandas(12 IO工具和稀松数据) 目录 一、Caveats警告 & Gotchas预见 1.1 在Pandas中使用if/Truth语句 1.2 位运算布尔 1.3 isin操作 1.4 重新索引reindex和 loc&iloc 使用注意事项 1.5 loc和iloc 二、Python Pandas 与SQL的比较 2.1 数…

Android的Activity生命周期知识点总结,详情

一. Activity生命周期 1.1 返回栈知识点 二. Activity状态 2.1 启动状态 2.2 运行状态 2.3 暂停状态 2.4 停止状态 2.5 销毁状态 三. Activity生存期 3.1 回调方法 3.2 生存期 四. 体验Activity的生命周期 五. Activity被回收办法 引言: 掌握Acti…

基于Python的Flask微博话题舆情分析可视化系统

2024数据 ✅️标价源码 远程部署加 20 ✅️爬虫可用 有六月数据 ✅️修复bug不会突然打不开网页 系统稳定 系统的功能如下: 1.数据的爬取 2.用户的登录注册 3.热词统计,舆情统计 4.文章统计分析 5.发布地址统计 6.评论统计 7.情感分类统计 编程语言:py…

【油漆面积——线段树,扫描线,不用pushdown的特例,pushup兼有cal的性质】

题目 分析 不用pushdown是因为: 对于modify,操作是互逆过程,因此不会存在向下结算的pushdown过程 对于query,操作始终针对最上层的tr[1],也不需要pushdown 对于pushdown,一则是怕不结算就标记,会…

深度学习(1)-简单神经网络示例

我们来看一个神经网络的具体实例:使用Python的Keras库来学习手写数字分类。在这个例子中,我们要解决的问题是,将手写数字的灰度图像(28像素28像素)划分到10个类别中(从0到9)​。我们将使用MNIST…

硬件学习笔记--42 电磁兼容试验-6 传导差模电流干扰试验介绍

目录 电磁兼容试验-传导差模电流试验 1.试验目的 2.试验方法 3.判定依据及意义 电磁兼容试验-传导差模电流干扰试验 驻留时间是在规定频率下影响量施加的持续时间。被试设备(EUT)在经受扫频频带的电磁影响量或电磁干扰的情况下,在每个步进…

Shader示例 6: 卡渲基础 - 描边 + 着色

0 、获取原神模型: 【游戏开发实战】下载原神模型,PMX转FBX,导入到Unity中,卡通渲染,绑定人形动画(附Demo工程)-CSDN博客 《原神》公测视频征集计划 一、描边pass:Outline 1. …

Cherno C++ P55 宏

这篇文章我们讲一下C当中的宏。其实接触过大型项目的朋友可能都被诡异的宏折磨过。 宏是在预处理当中,通过文本替换的方式来实现一些操作,这样可以不用反复的输入代码,帮助我们实现自动化。至于预处理的过程,其实就是文本编辑&am…

(20)从strlen到strtok:解码C语言字符函数的“生存指南1”

❤个人主页:折枝寄北的博客 ❤专栏位置:简单入手C语言专栏 目录 前言1. 求字符串长度函数1.1 strlen 2. 长度不受限制的字符串函数2.1 strcpy2.2 strcat2.3 strcmp 3. 长度受限制的字符串函数3.1 strncpy3.2 strncat3.3 strncmp 4. 字符串查找函数4.1 st…

Mongodb数据管理

Mongodb数据管理 1.登录数据库,查看默认的库 [rootdb51~]# mongo> show databases; admin 0.000GB config 0.000GB local 0.000GB> use admin switched to db admin > show tables system.version > admin库:admin 是 MongoDB 的管理…

从短片到长片:王琦携《Mountain》续作迈向新高度

在王琦(Qi Wang)的带领下,广受关注的短片《Mountain》迎来了成长篇续作《Rite of the Mountain》。这一全新长片不仅是她从短片迈向长篇叙事的重要一步,更是一次大胆的艺术挑战。作为制片人的她,将继续以敏锐的视觉风格和深刻的叙事洞察,拓展《Mountain》所触及的情感深度,并构…

DeepSeek应用——与PyCharm的配套使用

目录 一、配置方法 二、使用方法 三、注意事项 1、插件市场无continue插件 2、无结果返回,且在本地模型报错 记录自己学习应用DeepSeek的过程,使用的是自己电脑本地部署的私有化蒸馏模型...... (举一反三,这个不单单是可以用…

如何画产品功能图、结构图

功能图的类型 常见的功能图包括数据流图、用例图、活动图、状态图、类图、组件图、部署图等等,不同的应用场景和目标下,需要确定不同的功能图类型。 数据流图 用例图 状态图 类图 组件图 组件图是由软件系统、组件和组件之间的关系组成的图形&#xf…

标准输入输出流,面向对象,构造函数

标准输入输出流 为什么不直接用printf和scanf? 不能输入/输出C新增的内容 std C的一些标识符&#xff0c;都是定义在std这个名字空间下面cout 是什么&#xff1f; 1.是一个ostream对象 output stream:输出流使用 <<&#xff1a;输出流运算符 作用&#xff1a;将右边…

PowerBI 矩阵 列标题分组显示(两行列标题)

先看效果 数据表如下&#xff1a; 我们在powerbi里新建一个矩阵&#xff0c;然后如图加入字段&#xff1a; 我们就会得到这样的矩阵&#xff1a; 我们在“可视化”->“列”&#xff0c;上双击&#xff0c;输入空格&#xff0c;就能消除左上角的"类别"两字 同理修…

服务器部署DeepSeek,通过Ollama+open-webui部署

1. 安装ollama 1.1. linux 安装 Ollama是目前常用的AI模式部署的第三方工具&#xff0c;能一键部署deepSeek Ollama官方网址https://ollama.com/ 选择Download下载对应的服务版本 服务器选择Linux&#xff0c;下面是下载代码 curl -fsSL https://ollama.com/install.…

Ubuntu 连接 air pods

&#xff11;&#xff0e; sudo vim /etc/bluetooth/main.conf , 修改蓝牙模式为blder &#xff12;&#xff0e;sudo /etc/init.d/bluetooth restart, 重启蓝牙&#xff0c;即可连接成功