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特征值、特征向量、相似矩阵,矩阵对角化的意义

时间:2020-02-23 22:04:57      阅读:425      评论:0      收藏:0      [点我收藏+]

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1.相似矩阵

线性代数中,相似矩阵是指存在相似关系的矩阵。设A,B为n阶矩阵,如果有n阶可逆矩阵P存在,使得P^(-1)AP=B,则称矩阵A与B相似,记为A~B
 
相似矩阵有以下性质:
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ABC是任意同阶方阵,则有:
(1)反身性:A~ A
(2)对称性:若A~ B,则 B~ A
(3)传递性:若ABB~ C,则A~ C
(4)若A~ B,则r(A)=r(B),|A|=|B|,tr(A)=tr(B)。
(5)若A~ B,且A可逆,则B也可逆,且B~ A
(6)若A~ B,则AB
(7)若A对角矩阵相似,则称A可对角化矩阵,若n阶方阵An线性无关的特征向量,则称A单纯矩阵
(8)相似矩阵具有相同的可逆性,当它们可逆时,则它们的逆矩阵也相似。
 
2.矩阵对角化
设M为元素取自交换体K中的n阶方阵,将M对角化,就是确定一个对角矩阵D及一个可逆方阵P,使M=PDP-1。设f为典范对应于M的Kn的自同态,将M对角化,就是确定Kn的一个基,使在该基中对应f的矩阵是对角矩阵
理论上看,意义是明显的.相似是一种等价关系,对角化相当于对一类矩阵在相似意义下给出了一种简单的等价形式,这对理论分析是方便的.相似的矩阵拥有很多相同的性质,比如特征多项式,特征根,行列式……如果只关心这类性质,那么相似的矩阵可以看作没有区别的,这时研究一个一般的可对角化的矩阵,只要研究它的标准形式——一个对角矩阵就可以了.而对角矩阵是最简单的一类矩阵,研究起来非常方便.这个过程相当于在一个等价类中选取最顺眼的元素研究.
另外,对角化突出了矩阵的特征值,而过度矩阵T反映了特征向量的信息,对角化过程的直观意义还是很明显的.再结合正交矩阵的概念,可以得到一些不平凡的结论,例如实对称矩阵总可以对角化.
实践中的矩阵对角化作用也很大.别的不说,比如要算一个一般的3阶实对称矩阵A的n次幂,n较大时,按矩阵乘法定义去计算是相当繁琐的,计算复杂度呈指数型增长.但是如果把A可以对角化(实对称矩阵总是可以对角化的),写为=T^(-1)PT,P是对角阵.那么A^n=T^(-1)P^nT,P^n的计算是很简单的,只要把各特征值^n即可,此时计算A^n的复杂度几乎与n无关.
 
3.特征值和特征向量
通过求特征值和特征向量,我们可以得到相似的对角化的矩阵,然后就可以利用对角化的矩阵进行简便的运算。
另外在PCA中,通过选择最大的几个特征值,其余特征值看作0,以此来实现数据的降维。
 
 

特征值、特征向量、相似矩阵,矩阵对角化的意义

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原文地址:https://www.cnblogs.com/gxxtsz/p/12354447.html

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