Кіріспе
Матрицаны көбейтінді түрінде көрсету. Сызықтық алгебра математикалық пәнінде матрицаның жіктелуі немесе матрицаны көбейткіштерге жіктеу – матрицаны матрицалардың көбейтіндісіне жіктеу. Көптеген түрлі матрица жіктелулері бар; олардың әрқайсысы белгілі бір проблемалар тобында қолданылады.
In the mathematical discipline of linear algebra, a matrix decomposition or matrix factorization is a factorization of a matrix into a product of matrices. There are many different matrix decompositions; each finds use among a particular class of problems.
Мысал
Сандық талдауда тиімді матрицалық алгоритмдерді іске асыру үшін әртүрлі жіктемелер қолданылады. Мысалы, сызықтық теңдеулер жүйесін шешу кезінде A матрицасын LU жіктемесі арқылы жіктеуге болады. LU жіктемесі матрицаны төменгі үшбұрышты матрица L және жоғарғы үшбұрышты матрица U-ға жіктейді. Бұл жүйелер және бастапқы жүйемен салыстырғанда шешу үшін аз қосылулар мен көбейтулерді қажет етеді, бірақ жылжымалы нүкте сияқты шамалы дәлдігі бар арифметикада әлдеқайда көп цифрлар қажет болуы мүмкін. Сол сияқты, QR жіктемесі A-ны QR түрінде көрсетеді, мұнда Q – ортогональды матрица, ал R – жоғарғы үшбұрышты матрица. Q(Rx) = b жүйесі Rx = QTb = c арқылы шешіледі, ал Rx = c жүйесі «кері қою» әдісімен шешіледі. Қажетті қосылулар мен көбейтулер саны LU шешушіні пайдаланудан шамамен екі есе көп, бірақ шамалы дәлдігі бар арифметикада қосымша цифрлар қажет емес, себебі QR жіктемесі сандық тұрақтылыққа ие.
ЛУ ыдырау
Дәстүрлі түрде: A шаршы матрицаға қолданылады, бірақ тікбұрышты матрицалар да қолданылуы мүмкін. Бөлшеу: , мұнда L - төменгі үшбұрышты, ал U - жоғарғы үшбұрышты. Қатысты: LDU бөлшеуі , мұнда L диагональдағы бірліктерімен төменгі үшбұрышты, U диагональдағы бірліктерімен жоғарғы үшбұрышты, ал D – диагональдық матрица. Қатысты: LUP бөлшеуі , мұнда L - төменгі үшбұрышты, U - жоғарғы үшбұрышты, ал P – ауыстыру матрицасы. Барлық: LUP бөлшеуі кез келген шаршы матрица A үшін бар. Егер P бірлік матрица болса, LUP бөлшеуі LU бөлшеуіне дейін тобырылады. Ескертулер: LUP және LU бөлшеулері n × n сызықтық теңдеулер жүйесін шешуде пайдалы. Бұл бөлшеулер Гаусс әдісін матрицалық түрде жинақтайды. P матрицасы Гаусс әдісінде орындалған кез келген қатар алмасуды көрсетеді. Егер Гаусс әдісі қатар алмасуды қажет етпей, қатарлық бағаналы түрге келтірсе, онда P = I, демек LU бөлшеуі бар.
Такагидің факторлау
Қолданылады: квадратты, күрделі, симметриялық матрица А.
Бөлшеу: , мұндағы D — нақты теріс емес диагональдық матрица, ал V — унитарлы. V матрицасының транспозын білдіреді.
Ескерту: D матрицасының диагональдық элементтері — A матрицасының өзіндік мәндерінің теріс емес квадрат түбірлері.
Ескерту: V матрицасы, тіпті A нақты болса да, күрделі болуы мүмкін.
Ескерту: Бұл өзіндік бөлшеудің (жоғарыда қараңыз) ерекше жағдайы емес, ол орнына пайдаланады. Сонымен қатар, егер A нақты болмаса, ол Эрмиттік емес және пайдаланатын форма да қолданылмайды.
Decomposition: , where D is a real nonnegative diagonal matrix, and V is unitary. denotes the matrix transpose of V.
Comment: The diagonal elements of D are the nonnegative square roots of the eigenvalues of Comment: V may be complex even if A is real. Comment: This is not a special case of the eigendecomposition (see above), which uses instead of Moreover, if A is not real, it is not Hermitian and the form using also does not apply.
Бірегей мәннің ыдырауы
Қолданылады: m x n матрицасы A.
Бөлшеу: , мұнда D – теріс емес диагональдық матрица, ал U және V келесіні қанағаттандырады. Мұндағы – V-дің конъюгатты транспозы (немесе V тек нақты сандардан тұрса, жай ғана транспозы), ал I – бірлік матрицаны (кейбір өлшемде) білдіреді. Ескерту: D матрицасының диагональдық элементтері A матрицасының жеке мәндері деп аталады. Ескерту: Жоғарыдағы өзіндік бөлшеу сияқты, жеке мәнді бөлшеу матрицаны көбейтудің скалярлық көбейтуге тең болатын негізгі бағыттарды табуды қамтиды, бірақ қарастырылып отырған матрица тіктөртбұрышты болғандықтан, оның жалпылығы артық. Бірегейлік: матрицасының жеке мәндері әрқашан бірегей анықталады. ал жалпы жағдайда бірегей болуы міндетті емес.
Decomposition: , where D is a nonnegative diagonal matrix, and U and V satisfy Here is the conjugate transpose of V (or simply the transpose, if V contains real numbers only), and I denotes the identity matrix (of some dimension). Comment: The diagonal elements of D are called the singular values of A. Comment: Like the eigendecomposition above, the singular value decomposition involves finding basis directions along which matrix multiplication is equivalent to scalar multiplication, but it has greater generality since the matrix under consideration need not be square. Uniqueness: the singular values of are always uniquely determined. and need not to be unique in general.
Масштабта өзгермейтін ыдыраулар
Қолданыстағы матрицалық ыдыраулардың, мысалы, SVD-нің, диагональдық масштабтауға қатысты инвариантты нұсқаларын көрсетеді. Қолданылады: m x n матрицасы A. Бірлік масштабтағы инвариантты сингулярлық мәннің ыдырауы: , мұнда S – масштабқа инвариантты сингулярлық мәндердің бірегей теріс емес диагональдық матрицасы, U және V – унитарлық матрицалар, – V-дің конъюгатты транспозициясы, ал D және E – оң диагональдық матрицалар. Ескерту: Бұл SVD-ге ұқсас, бірақ S матрицасының диагональдық элементтері A матрицасын кез келген бөлшекті диагональдық матрицаға көбейтуге қатысты инвариантты, ал стандартты SVD үшін сингулярлық мәндер A матрицасын кез келген унитарлық матрицаға көбейтуге қатысты инвариантты болады. Ескерту: Егер A матрицасының диагональдық түрлендірулеріне қатысты инварианттылық қажет болса, бұл стандартты SVD-ге балама болып табылады. Бірегейлік: (S матрицасының диагональдық элементтерімен берілген) масштабқа инвариантты сингулярлық мәндер әрқашан бірегей анықталады. Диагональдық матрицалар D және E, сондай-ақ унитарлық матрицалар U және V, әдетте бірегей болмайды. Ескерту: U және V матрицалары SVD-дегідей емес. Басқа матрицалық ыдыраулардан да масштабқа инвариантты ыдыраулар алынуы мүмкін; мысалы, масштабқа инвариантты өзіндік мәндерді алу үшін.
Comment: Is analogous to the SVD except that the diagonal elements of S are invariant with respect to left and/or right multiplication of A by arbitrary nonsingular diagonal matrices, as opposed to the standard SVD for which the singular values are invariant with respect to left and/or right multiplication of A by arbitrary unitary matrices. Comment: Is an alternative to the standard SVD when invariance is required with respect to diagonal rather than unitary transformations of A.
Uniqueness: The scale invariant singular values of (given by the diagonal elements of S) are always uniquely determined. Diagonal matrices D and E, and unitary U and V, are not necessarily unique in general. Comment: U and V matrices are not the same as those from the SVD. Analogous scale invariant decompositions can be derived from other matrix decompositions; for example, to obtain scale invariant eigenvalues.
Гессенбергтің ыдырауы
Қолданылады: квадраттық матрица А.
Ыдырау: , мұнда – Гессенберг матрицасы және – унитарлық матрица. Ескерту: көбінесе Шур ыдырауының бірінші қадамы.
Decomposition: where is the Hessenberg matrix and is a unitary matrix. Comment: often the first step in the Schur decomposition.
Толық ортогональды ыдырау
Сондай-ақ: UTV ыдырау, ULV ыдырау, URV ыдырау деп те аталады. Қолданылады: m x n матрицасы A.
Ыдырау: , мұнда T үшбұрышты матрица, ал U және V – унитарлық матрицалар. Ескерту: Сингулярлық мәнді ыдырау және Schur ыдырауына ұқсас.
Decomposition: , where T is a triangular matrix, and U and V are unitary matrices. Comment: Similar to the singular value decomposition and to the Schur decomposition.