• 常用矩阵运算


    作者:桂。

    时间:2017-09-09  12:48:45

    链接:http://www.cnblogs.com/xingshansi/p/7498175.html 


    一、复数相乘

    可以表示为分块的形式:

    二、范数

      A-范数基本定义

    p = 0,0范数,对应非零元素个数;

    p = 1,1范数,也成和范数;

    p = 2,常称为Euclidean范数,也成Frobenius范数

    p = ∞, 无穷范数,也称极大范数。

    直接定义p,则p范数或Minkowski p范数,也叫Holder范数。

      B-其他常用范数

    1-谱范数(spectrum norm)

    其中是矩阵A的最大奇异值,即最大特征值的正平方根。

    谱范数也称最大奇异值范数或者算子范数(operator norm)。

    2-Mahalanobis范数

    其中是正定矩阵。

    三、矩阵的迹

      A-迹的一般性质

    迹等于特征值之和:

    而根据SVD分解特性(PCA、KL变换均有用到),可知特征值体现的是能量,故矩阵的迹可以与Euclidean范数建立联系:

      B-迹的其他特性

    其实矩阵的迹,借助矩阵分解来理解会容易很多,迹的其他特性:

    由于1标量可以,其本身看作与迹等价,从而有(tr(AB)=tr(BA)、对角和=迹,借助这两条性质可证):

      C-迹的微分特性

    1)若W是mxm的矩阵:

    2)若W可逆:

    3)对于矩阵W、A,有

    4)若W非奇异,

    5)对于矩阵W、A

    6)对于矩阵WAB,且W非奇异:

    四、行列式

     给出行列式定义:

    对于一个三角矩阵A:

    另外,

    五、矩阵求逆

      A-矩阵求逆基本性质

    若ABC可逆:

    若A为对角阵

    若A非奇异:

      B-矩阵求逆引理

    求逆引理,也称Sherman-Morrison公式:若A是一个nxn的可逆矩阵,且xy是两个nx1的向量,使得 可逆,则:

    该引理可进一步推广为矩阵之和的求逆公式:

    简化的形式:

    分块矩阵求逆:

    1)若A可逆:

    2)若A、D均可逆:

      C-广义逆矩阵

    广义逆矩阵参考之前的博文

    六、Hadamard积与Kronecker积

      A-矩阵的直和

    mxm的矩阵A与nxn的矩阵B,其直和记作:,它是一个(m+n)x(m+n)的矩阵,

      B-Hadamard积

    Hadamard积其实就是对应元素相乘。

    两个mxn的矩阵,其Hadamard积记作:

      C-Kronecker积

    Kronecker积表示的是矩阵元素与另一矩阵相乘的运算,用表示。

     1)右Kronecker积:mxn矩阵A和pxq的矩阵B:

     2)左Kronecker积:mxn矩阵A和pxq的矩阵B:

    其中同样可以写为

    七、矩阵梯度

    一个基本形式是:

    借助该形式,即可完成一般的梯度求解:

     同时,结合梯度的四个基本法则,便可完成常用的梯度求解。

    1)线性法则

    2)乘积法则

    3)商法则

    4)链式法则

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