线性代数-乘法和逆矩阵和A的LU分解

矩阵的五种乘法:

1.最常见的点乘法(行乘列)

如果有矩阵A (m x n) B(n x p )则相乘后的矩阵为 m x p

2.列的思想:

(1)矩阵A乘B的第一列得到C的第一列,矩阵A乘B的第二列,得到C的第二列

(2)所以B可以考虑为单个的列向量,那么A乘向量,则是线性组合,我们可以说

(3)C是A列的线性组合


3.行的四维

(1)A中的一行乘B的所有行,那么可以得到对应的C

(2)C中的行是B各行的线性组合

4.列乘行

得到:AB等于(A各列与B个行的乘积)的和

如下:


5.分块乘法

其中A1,A2....B1,B2....皆为矩阵


以上五种乘法都能得到一样的结果


矩阵的逆



若一个矩阵可逆,无论左乘还是右乘都能得到单位矩阵(前提:方阵)

对于这种矩阵,我们称为可逆矩阵,非奇异矩阵

不可逆矩阵、奇异矩阵

因为A中1列和2列共线,而单位矩阵为1,0     所以无论怎么对其进行线性组合都是共线,所以不可能得到1,0

另外一种方式证明:

如果存在AX = 0,说明左右两边同乘A的逆,则X = 0 ,这里X为列向量3,-1


高斯-乔丹思想

求A的逆


从“分别解两个方程组”变为“同时解两个方程”


这时候按照高斯的思想---进行消元

再进行多一步:将A变为单位矩阵的消元

这时候得到单位阵和A的逆

那么在上一次中的初等矩阵E与消元的关系可以得出



LU分解


已知A可逆,B可逆,则AB乘积的逆是什么


转置矩阵:讲原矩阵的行变为列,列变为行

(这里注意转置后的顺序互换)

得出结论:A转置的逆就是A的逆的转置

继续高斯消元:

求出初等矩阵

根据A = LU 可知 L等于初等矩阵E的逆

L为下三角矩阵(lower)         U为上三角矩阵(Upper)

对于3X3的矩阵 LU分解变为


消元法的操作步数

规定:消元中不需要进行行互换,同时乘法与减法视为一步,每个元素单独考虑

那么对于n x n (n = 100)矩阵,消元步骤数约等于

对于回代中的b向量的操作数等于


矩阵的转置:


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