线代中的空间概念

作为一个混迹在博士圈中的小硕士,一直以来受到尤其多的学术熏陶,研究生期间一直都在无涯学海中胡乱挣扎,在找实习之前,从来没有回望目前自己的知识体系,终于实习也差不多定下来了,小硕决定把自己的积累整理一下/【或许就是把自己的笔记摘要的整理一下】,一来分享给大家,二来重新认识一下自己。/【捂脸】

开篇内容:空间... 

空间,闲事不管,这里只说线代中常提的空间,如向量空间、欧式空间、希尔伯特空间等等,小硕想通过这篇文章理清空间、度量、夹角、完备等一系列尤其基础却抽象的熟悉概念。

1,首先,空间是什么?我们通常听到的话是假设数据点位于欧式空间、希尔伯特空间、巴拿赫空间中。。。那么到底什么是空间呢?空间的本质是集合,空间是用来放东西的一个集合,线代中所说的空间是用来放数据点的集合。,

2,那一个空间也不是什么数据都允许放进去的啊。一个空间允许放什么形式的数据呢?也就是说不同的空间对数据点的要求是不一样的,如二维空间只允许放二维数据点啊,不允许放三维空间中的点。

3,数据点进一个空间干什么呢?它进入的这个空间能给它一些合法权利啊。。。比如一个数据点A只有进入它的小伙伴所在的空间才能跟他们聊天玩耍啊。。。

好了,废话就说到这,总结起来就是,空间是集合;不同的空间装不同类型的点,一个点进入它对应的空间;一个空间为集合中的点定义操作,这个空间中的点可以进行该空间赋予它的操作;空间定义的操作可以完成点与点对话的基本需求,如距离、角度、长度等。而空间上定义的这些操作构成我们今天的主角。

主角出场:距离、范数、内积

概念了解完毕,这里就不上虚的了。

1,距离:

线代中的空间概念_第1张图片
Metric

非负,对称,三角不等式。这个概念太基础了,不多说。详见Wiki

2,范数:


线代中的空间概念_第2张图片
Norm

数乘,三角不等式,非负。范数相比距离多了一个数乘的条件,可以将范数看做一个强化了的距离定义。

3, 内积:

线代中的空间概念_第3张图片
Inner Product

共轭,数乘,分解,正定。

距离、范数、内积是线性代数中基础且非常重要的概念。/强调这个好无力。。。

理一下高大上的空间概念:

线性结构,仅有向量的加法、数乘等;

距离+线性结构,形成一个线性空间,这个线性空间就是向量空间;

向量空间+范数(范数表示某点到空间零点的距离)。

范数的集合----》赋范空间+线性结构--》线性赋范空间 ;

距离的集合----》度量空间+线性结构--》线性度量空间;

线性赋范空间+内积运算--》内积空间; 

这时的内积空间已经有了距离、长度、角度等,有限维的内积空间也就是我们熟悉的欧氏空间。

继续在内积空间上扩展,使得内积空间满足完备性,形成希尔伯特空间如下: 

内积空间+完备性---》希尔伯特空间 ,其中完备性的意思就是空间中的极限运算不能跑出该空间。

赋范空间+完备性---》巴拿赫空间;

对距离进行弱化,保留距离的极限和连续概念,就形成拓扑的概念;

拓扑:距离、范数、开集。

拓扑这个我也不是很懂,但他只是把原实数空间上的那些操作重新定义到集合上。比如连续、邻域等的重新定义。

这就写到这吧,有误之处,麻烦指出来,一起学习交流啦~

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