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qr分解的意义,矩阵qr分解 数值稳定

时间:2023-05-05 17:29:57 阅读:171054 作者:1158

Gram-Schmidt正交化在涉及矩阵的QR分解之前,必须先提到Gram-Schmidt方法,理论上QR分解是由Gram-Schmidt正交化推出的。 那么,什么是gramSchmidt正交化?

在三维空间中存在直角坐标系,其中任何一点由(x,y,z )坐标唯一地确定。 在该坐标系中,x、y、z三轴相互正交)。 那么,在n维欧式空间中展开的话,就是由n个线性无关的基向量组成的基集合,n维欧式空间的任意位置都可以用这个基线性来表示。

那么,引出另一个问题,如何得到两两个相互正交的正交基呢? 此过程是gramSchmidt的正交化。 下简

简单推理gramSchmidt正交化方法的推导过程。 点是正交投影的思想。

现在是欧式空间的一套基础,我们想得到这一套的正交基础。

先令,那么怎么弄? 可以将正交分解为,如下图所示。

这样就能得到。 因此。 So

那么呢? 如下图所示,显然可以从同样的方法中获得。

这样就能得到。 展开为第j个正交向量可以获得以下结果:

以上就是求正交基的gramSchmidt正交化方法。

QR分解可以对无损矩阵a的列向量组执行gramSchmidt正交化以获得标准正交向量:

用矩阵来表示的话:

请注意,t=(tij )、A=)、Q=),其中q是正交矩阵。 记住,A=QR,其中t的逆矩阵r仍然是上三角矩阵。

由此得到QR分解的定义:

对于n次方阵a,如果存在正交矩阵q和上三角矩阵r使得A=QR,则将该公式称为矩阵a的完全QR分解或正交三角分解。 (对于可逆矩阵a存在完全的QR分解。

综上所述,矩阵QR分解是通过gramSchmidt正交化推理的方阵分解形式,矩阵QR分解的计算方法也以gramSchmidt正交化为主。 通过gramSchmidt正交化求正交矩阵q,通过得到矩阵r。

这里提出了一种改进的计算方法,用于求解基于gramSchmidt正交化的正交矩阵q。 改进是在每次生成单位正交向量时,用后续向量减去它,然后拭除包含正交向量的部分。

实际上,对于不是方阵的m*n(mn )次矩阵a也有可能存在QR分解。 答A=QR。 此时,q为m*n次的半正交矩阵,r为n*n次上三角矩阵。 此时的QR分解并不完全(方阵),所以对于被称为约化QR分解)的满秩矩阵a,一定会存在约化QR分解)。

另外,通过将矩阵a扩展为方阵,或者在矩阵r中添加零,也能够得到完全的QR分解。

参考资料:

《矩阵分析与计算》,ssdfh,新头发

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