線性代數——矩陣基本概念與隨機矩陣 Stochastic Matrices


准備寫一篇關於奇異值分解的文章,突然發現里面需要用到很多線性代數的知識。因此先介紹一下線性代數的基本概念和運算,有助於讀者對奇異值分解的理解。

1 基本概念

  一個矩陣就是有若干行和列組成的數字,相當於一個表格。

  特別地,如果矩陣的行和列個數相同,則該矩陣為一個方陣。在矩陣中A中的元素aij,代表第i行第j列的元素。自左上角元素向右下角元素的連線為主對角線,主對角線上元素的和稱為矩陣的跡。

  圖中顯示了一個3×3的方陣,主對角線以及跡已標明在圖中

只有一行的矩陣叫做行矩陣,只有一列的矩陣叫做列矩陣。所有元素都為0的矩陣為空矩陣

如果一個矩陣只有對角線上的元素不為零,這樣的矩陣叫對角陣。

如果一個對角矩陣所有元素都相等,叫做標量矩陣。特別地,如果所有元素都為1,叫做單位矩陣。

交換一個矩陣的行和列,所得到的矩陣稱為原矩陣的轉置矩陣

各種矩陣的舉例

2 矩陣的秩

一個矩陣主對角線上方的元素都為0,該矩陣叫下對角矩陣。反之,如果下方元素都為0,叫上對角矩陣。

矩陣的秩等於矩陣中線性無關的行或列的個數中較小的一個。因此,將矩陣轉化成等價的下對角矩陣,然后看有多少個非0列或轉化成上對角矩陣,看有多少非0行。

下圖舉例說明

3 隨機矩陣

如果矩陣中元素都為非負值,那么可以用每一行的每個元素除以這一行所有元素的和,來達到歸一化的目的。

 


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