高等工程数学 —— 第三章(2)奇异值分解和A的加号逆

高等工程数学 —— 第三章(2)奇异值分解和A的加号逆

文章目录

  • 高等工程数学 —— 第三章(2)奇异值分解和A的加号逆
    • 奇异值分解
    • 广义逆矩阵
    • A + A^{+} A+的直接计算方法
      • 奇异值分解计算 A + A^{+} A+
      • 满秩分解计算 A + A^{+} A+
    • A + A^{+} A+的迭代计算方法
    • A + A^{+} A+的基本性质
    • 广义逆矩阵的应用

奇异值分解

首先来看什么是奇异值

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也别管什么原理了,直接看方法和例题。盘它!

奇异值分解步骤:
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  • 这里就是先求 A H A A^{H}A AHA的特征值,然后求其特征向量并将每一个特征向量进行单位化得 V V V
  • 然后看有几个非零特征向量就分出来几列当 V 1 V_1 V1
  • 求出 U 1 U_1 U1后将其补全成方阵,因为是酉矩阵所以补的列向量要满足都两两单位正交
  • 最后求 A A A时对 Σ \Sigma Σ的补全满足矩阵乘法就行,让补全后的 Σ \Sigma Σ矩阵的行数和 U U U矩阵的列数一样;补全后的 Σ \Sigma Σ矩阵的列数和 U U U矩阵的行数一样

看道例题好喽!

高等工程数学 —— 第三章(2)奇异值分解和A的加号逆_第3张图片首先求 A H A A^{H}A AHA的特征值和特征向量来求 V V V

高等工程数学 —— 第三章(2)奇异值分解和A的加号逆_第4张图片因为非零特征值有两个,所以取 V V V的前两列作为 V 1 V_1 V1来参与 U 1 U_1 U1的计算。

高等工程数学 —— 第三章(2)奇异值分解和A的加号逆_第5张图片
这里 U 1 U_1 U1已经是方阵了,所以不用补全了。对 Σ \Sigma Σ的补全满足矩阵乘法即可。

广义逆矩阵

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  • 这里其实就是当 A − 1 A^{-1} A1不存在时,我们做的一个逆矩阵的推广

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  • 这里的四个公式我们把 X X X当作 A − A^{-} A代入发现都成立。可见推广后的逆矩阵 A + A^{+} A+满足这四个条件用来某种程度上代替 A − A^{-} A

A + A^{+} A+的直接计算方法

奇异值分解计算 A + A^{+} A+

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  • 注意奇异值分解得到的 U U U V V V可以是不一样的,但是相乘后得到 A + A^{+} A+的值是一样的。

例:
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  • 这里看 U U U补全的最后一列可知,我们补全的原则就是要满足两两正交的单位向量。
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  • 这里 V V V的列向量都是标准化后的单位向量

  • 最后解出来的 A + A^{+} A+值是唯一的

满秩分解计算 A + A^{+} A+

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对于行满秩矩阵和列满秩矩阵而言:
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  • 对于行满秩矩阵而言,满秩分解后 F = E F = E F=E,代入得上式。
  • 对于列满秩矩阵而言,满秩分解后 G = E G = E G=E,代入得上式。
  • 也不用刻意记,满秩分解完顺水推舟的化成这样了

例题:
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  • 注意这里要先求出括号里的 ( G G T ) − 1 (GG^T)^{-1} (GGT)1 ( F T F ) − 1 (F^TF)^{-1} (FTF)1的值,然后将四个矩阵从左到右依次相乘。
  • 看似满秩分解法求 A + A^{+} A+比奇异值分解求 A + A^{+} A+要简单一点,但是要求两个逆矩阵然后矩阵相乘到最后一大堆分数,恶心的很,呜呜呜呜。
  • 注意求逆的时候只做初等行变换,笔者做题的时候傻了,有行有列的最后一直算不对,服了。

A + A^{+} A+的迭代计算方法

这部分我只能说不考,哈哈哈哈。这迭代应该是那种写计算机程序用的,而且这玩意书上一道题的没有。所以我们就简单列一下公式算了,嘻嘻。

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高等工程数学 —— 第三章(2)奇异值分解和A的加号逆_第17张图片Greville递推法

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A + A^{+} A+的基本性质

A + A^{+} A+存在且唯一

同时满足以下性质:

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广义逆矩阵的应用

高等工程数学 —— 第三章(2)奇异值分解和A的加号逆_第22张图片例:
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先用满秩分解求得 A + A^{+} A+
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