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算子范数那一节实在是有点长,不扯淡了

更新时间:2024-03-01 文章作者:佚名 信息来源:网络整理 阅读次数:

我其实有些怀疑矩阵理论课程都是关于证明的。所以虽然这节课叫做规范的应用,但你认为你可以Xs9物理好资源网(原物理ok网)

有没有实际的应用题需要你计算? 想太多了!Xs9物理好资源网(原物理ok网)

好了,废话不多说,我们先来介绍一下这节课要解决什么问题。Xs9物理好资源网(原物理ok网)

如图所示,我们可以看到,当对矩阵求逆时,添加小扰动后误差可相差近 600,000。 可见的,Xs9物理好资源网(原物理ok网)

矩阵求逆时,误差对其影响很大,而矩阵的逆矩阵对误差非常敏感。usXs9物理好资源网(原物理ok网)

要知道,在实际的工程应用中,误差是不可避免的。任何微小的误差都会对结果产生具体的影响。Xs9物理好资源网(原物理ok网)

影响,那么这个计算结果显然是不可靠的。 在工程应用中我们应尽量避免这种现象的发生。 所以,Xs9物理好资源网(原物理ok网)

我们需要研究矩阵求逆时误差的影响。这就是我们本课要讨论的内容Xs9物理好资源网(原物理ok网)

主题。Xs9物理好资源网(原物理ok网)

矩阵逆的摄动Xs9物理好资源网(原物理ok网)

扰动意味着小扰动。 我们先介绍一下条件数的概念。Xs9物理好资源网(原物理ok网)

为了书写方便什么情况用动量矩定理,有时省略下标p。 接下来我们将看到条件数 K_p(A) 给出Xs9物理好资源网(原物理ok网)

对结果变化的敏感性的度量。Xs9物理好资源网(原物理ok网)

下面我们给出具体证明:Xs9物理好资源网(原物理ok网)

通常,当我们证明一个矩阵可逆时,要么行列式不等于0,要么它具有满秩。但是这个定理的证明Xs9物理好资源网(原物理ok网)

稍有不同什么情况用动量矩定理,通过范数证明可逆性。其实范数是一个数,矩阵的行列式也是一个数,所以我们可以Xs9物理好资源网(原物理ok网)

近似地说,它们具有一致的关系。 下面使用范数的证明思路与行列式的证明思路大致相同。Xs9物理好资源网(原物理ok网)

类似地,由于E+A=E-(-A),所以它也是可逆的。Xs9物理好资源网(原物理ok网)

我们介绍以下几个定理:Xs9物理好资源网(原物理ok网)

我们来解释一下(2)。 不等式左边的分子部分是A^{-1}的绝对误差,整体可以看成A^{-1}Xs9物理好资源网(原物理ok网)

相对误差。 K(A)是矩阵A的条件数。从这个性质我们可以看出,当K(A)较大时,A^{-1}的值Xs9物理好资源网(原物理ok网)

相对误差会比较大。 这就是为什么我们说K(A)是灵敏度的度量。当条件数很小时,矩阵求逆Xs9物理好资源网(原物理ok网)

误差不会很大,但是当条件数很大时,矩阵求逆的误差就会很大。Xs9物理好资源网(原物理ok网)

矩阵扰动Xs9物理好资源网(原物理ok网)

与定理2类似,这里我们给出了线性方程组误差的度量。 当K(A)很大时,方程组的解x对误差很敏感(因为x=A^{-1}b,使用了矩阵的逆)。 接下来我们看一个具体的例子:Xs9物理好资源网(原物理ok网)

古人云,一失足成千里。 在实际应用中,确实需要警告。Xs9物理好资源网(原物理ok网)

定理3是关于A准确而b有误差的情况。 那么当b准确而A有错误时会发生什么? 我们有以下定理:Xs9物理好资源网(原物理ok网)

实际工程中的真实情况是A有误差,b也有误差。 定理如下:Xs9物理好资源网(原物理ok网)

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