4. 矩阵的逆和初等矩阵

先来看下矩阵的逆的定义:


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我们设未知数


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拆成2个矩阵和向量的乘积


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最后就变成了4个未知数 4个方程的线性系统的求解
也可是看成2个小的线性系统,如下图

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再观察 因为系数矩阵完全一样,所以我们可以做合并


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上述我们只是求出了右逆矩阵。但是对于逆的定义是左乘和右乘都是单位矩阵,那为什么只要求右乘呢?

下面有个性质,如果一个方阵A 有右逆B,则B也是A的左逆。即B是A的逆。这个性质的证明我们留在后面再看。

下面我们来实现下求解矩阵的逆。

def inv(A):
    if A.row_num() != A.col_num():
        return None
    n = A.row_num();
    ls = LinearSystem(A, Matrix.identity(n))
    if not ls.gauss_jordan_elimination():
        return None
    invA = [[row[i] for i in range(n, 2*n)] for row in ls.Ab]
    return Matrix(invA)

初等矩阵

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至此三种基本操作 都可以用矩阵的乘法来替代了。


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初等矩阵和可逆性

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为什么矩阵的逆重要

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矩阵的LU分解

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可以进行LU分解的条件: 对A进行公司消元的过程中,不用交换2行的位置。

LU分解的作用


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如果出现需要行交换的时候,需要引入置换矩阵


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如果要得到2个都是上三角单位矩阵 和下三角单位矩阵,需要引入一个对角矩阵,也就是下图的D。


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列交换

右乘置换矩阵


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