线性代数 --- 矩阵与向量的乘法

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矩阵与向量相乘

part I 矩阵与向量的乘法:

矩阵x向量(注:可以把列向量看成是nx1的矩阵)

        现有如下方程组: 

9个系数,3个未知数,等式右边有3个数

线性代数 --- 矩阵与向量的乘法

        上述方程组可用矩阵的方式改写成,一个系数矩阵A与一个未知数向量x的乘积,乘积的结果等于右端向量b:

线性代数 --- 矩阵与向量的乘法

线性代数 --- 矩阵与向量的乘法

线性代数 --- 矩阵与向量的乘法

现在我们分别用两种方法,行乘和列乘来计算系数矩阵A未知数向量x的乘法。

第一种方法,行乘:用A矩阵中的每一行row去乘以x,如下

线性代数 --- 矩阵与向量的乘法

        这种计算方法得到的结果,正好是原始方程组中的第一个方程。依此类推,也就是用A矩阵中的第二,第三行,逐一与向量x相乘,就能得到原始方程。

                                                     

线性代数 --- 矩阵与向量的乘法

        

        一个1xn的行向量乘以一个nx1的列向量是一个非常基本的操作,他会得到一个数1x1。这个算法又叫矩阵的内积(Inner product)。例如,用A中的第一行[2 1 1]乘以另外一个列向量[1 1 2],得到的就是一个数[5]。

线性代数 --- 矩阵与向量的乘法

另一种方法就是,列乘:把b看成是A中各列(column)与未知数向量x线性组合的结果,其中,u,v,w分别代表了矩阵A中第1,2,3列所对应的权重。

                                                             

线性代数 --- 矩阵与向量的乘法

        这种计算方法是首选,也是学习线性代数该有的视角(强烈推荐)。因为他是在用线性组合的方式来看问题。(在后面的学习中,我们会用空间Space这种更高的视角来看Ax=b。)就好像我在另外一篇自己的学习总结中写的那样,学习线性代数的重点,不应该是只学习如果求解Ax=b,而是去学习如果表达Ax=b。 


矩阵与矩阵相乘

part II 矩阵与矩阵的乘法:

        有了前面的基础知识,我们就应该摈弃早年学习线性代数时,早已形成的那种,用A中的逐行乘以列的方式计算Ax,“一头扎进”列向量的线性组合的视角。矩阵与矩阵相乘分为矩阵的左(前)乘矩阵的右(后)乘,矩阵的右(后)乘即为对矩阵的列操作,而矩阵的左(前)乘即为矩阵的行操作

矩阵的右(后)乘:矩阵B右乘矩阵A,AB

        矩阵B右乘矩阵A。首先,把矩阵B看成一个个列向量,......,其次,把这些列向量看成对A中各列线性组合的列权重,即,。(牢记口诀:后乘矩阵,列操作。)

线性代数 --- 矩阵与向量的乘法


矩阵的左(前)乘:矩阵B左乘矩阵A,BA

        矩阵B左乘矩阵A。首先,把矩阵B看成一个个行向量,,...,其次,把这些行向量看成对A中各行线性组合的行权重,即,。(牢记口诀:前乘矩阵,行操作。)

线性代数 --- 矩阵与向量的乘法

(全文完) 

---作者,松下J27

参考文献(鸣谢):

        1,Linear Algebra and Its Applications, Forth edition ---  Gibert Strang(page 21)

        2,线性代数及其应用 --- 侯自新,南开大学出版社,1990年

格言摘抄:

        「她許多的罪都赦免了,因為她的愛多;但那赦免少的,他的愛就少。」---出自圣经,路加福音7章47節

本文于2023年6月24日做了修改与更新,望大家喜欢。

线性代数 --- 矩阵与向量的乘法

(配图与本文无关) 

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