• 特征值和特征向量的本质概念


    复习了一下线性代数,在B站上竟然点出了清华大学李永乐老师的考研冲刺班教程

    好吧,就以题代练,重新感受了一下当年线代的熟悉操作。

    翻来覆去,就是什么行列式,秩,极大无关组,齐次方程组,特征值和特征向量,对角阵,相似矩阵。。

    解方程->矩阵相乘->特征值和特征向量

    行列式就是矩阵的列向量在空间的构成的点连成的图形的体积大小。

    秩就是有几个正交基和极大无关组类似

    核心还是这个特征值和特征向量,

    考虑一个问题,既然可逆矩阵可以和一个对角阵相似,特征值就是对角阵的对角线上的值,

    也就是说任何一个可逆矩阵,都能映射到某个坐标体系中去(特征值、特征向量是复数,也可能不存在)

    这个体系就是特征空间,特征空间会随着矩阵的改变而改变,A*向量V=λ*向量V,在A的作用下,向量只做伸缩不做方向的变动。

    参考:https://www.matongxue.com/madocs/228.html

    如下图所示,当向量v(绿色)和特征空间的基向量(A的特征向量)重合时,也就是,方向一致,向量v就成了特征向量,

    不重合时,可以说是向量AV(紫色)是向量v(绿色)在A的特征空间的映射?:)我不知道这么说对不对,/(-o-)

    如果我们继续用A乘向量Av,那么v将会朝着最大特征值的特征向量的方向移动,直到完全一致。

    为什么乘一次无法将v变成A的特征向量方向呢?因为是A不止一个特征向量,

    另一个问题,方阵(方阵才有特征值)和向量的乘法,就是对向量的两类运动,一个是伸缩,一个旋转,特征值分解后,特征值就是伸缩,两两相互正交的单位特征向量就是旋转动作。

    最大的特征值对应的特征向量指明了矩阵的运动的最大速度和方向,相当于这个矩阵的最大的特征,这个和主成分分析是不是有类似?图像处理中,保留主要特征值,相当于图像压缩。

    矩阵乘法就是线性函数,或者线性映射,本质是基改变,导致向量的坐标发生变化,是不是在不同的线性空间里的映射?

    最后:特征值和特征向量的应用

    说了这么多,可能有模友会问:到底特征值和特征向量有什么用呢?不会仅仅用来考试吧!

    其实,特征值和特征向量在我们的生活中都是非常普遍的。

    (1)可以用在研究物理、化学领域的微分方程、连续的或离散的动力系统中。例如,在力学中,惯量的特征向量定义了刚体的主轴。惯量是决定刚体围绕质心转动的关键数据;

    (2)数学生态学家用来预测原始森林遭到何种程度的砍伐,会造成猫头鹰的种群灭亡;

    (3)著名的图像处理中的PCA方法,选取特征值最高的k个特征向量来表示一个矩阵,从而达到降维分析+特征显示的方法,还有图像压缩的K-L变换。再比如很多人脸识别,数据流模式挖掘分析等方面。

    (4)在谱系图论中,一个图的特征值定义为图的邻接矩阵A的特征值,或者(更多的是)图的拉普拉斯算子矩阵,Google的PageRank算法就是一个例子。

    有一句话说得好:“只要有振动就有特征值,即振动的自然频率”。如果你曾经弹过吉他,你已经求解了一个特征值问题。。。

     
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  • 原文地址:https://www.cnblogs.com/marszhw/p/10169734.html
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