什么是单应性矩阵

Question

如题所述

Answer 1

  阵就是由方程组的系数及常数所构成的方阵。把用在解线性方程组上既方便，又直观。例如对于方程组。

a1x b1y c1z=d1

a2x b2y c2z=d2

a3x b3y c3z=d3

来说，我们可以构成两个矩阵：

a1b1c1a1b1c1d1

a2b2c2a2b2c2d2

a3b3c3a3b3c3d3

因为这些数字是有规则地排列在一起，形状像矩形，所以数学家们称之为矩阵，通过矩阵的变化，就可以得出方程组的解来。
  

矩阵这一具体概念是由19世纪英国数学家凯利首先提出并形成矩阵代数这一系统理论的。

但是追根溯源，矩阵最早出现在我国的＜九章算术＞中，在＜九章算术＞方程一章中，就提出了解线性方程各项的系数、常数按顺序排列成一个长方形的形状。
  随后移动处筹，就可以求出这个方程的解。在欧洲，运用这种方法来解线性方程组，比我国要晚2000多年。

数学上，一个m×n矩阵乃一m行n列的矩形阵列。矩阵由数组成，或更一般的，由某环中元素组成。
  

矩阵常见于线性代数、线性规划、统计分析，以及组合数学等。请参考矩阵理论。

目录 [隐藏]
1 历史
2 定义和相关符号
2。
  1 一般环上构作的矩阵
2。2 分块矩阵
3 特殊矩阵类别
4 矩阵运算
5 线性变换，秩，转置
6 Jacobian 行列式
7 参见

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历史
矩阵的研究历史悠久，拉丁方阵和幻方在史前年代已有人研究。
  

作为解决线性方程的工具，矩阵也有不短的历史。1693年，微积分的发现者之一戈特弗里德·威廉·莱布尼茨建立了行列式论(theory of determinants)。1750年，加布里尔·克拉默其后又定下了克拉默法则。
  1800年代，高斯和威廉·若尔当建立了高斯—若尔当消去法。

1848年詹姆斯·约瑟夫·西尔维斯特首先创出matrix一词。研究过矩阵论的著名数学家有凯莱、威廉·卢云·哈密顿、格拉斯曼、弗罗贝尼乌斯和冯·诺伊曼。
  

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定义和相关符号
以下是一个 4 × 3 矩阵：

某矩阵 A 的第 i 行第 j 列，或 i,j位，通常记为 A[i,j] 或 Ai,j。
  在上述例子中 A[2,3]=7。

在C语言中，亦以 A[i][j] 表达。(值得注意的是,与一般矩阵的算法不同,在C中,"行"和"列"都是从0开始算起的)

此外 A = (aij)，意为 A[i,j] = aij 对于所有 i 及 j，常见于数学著作中。
  

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一般环上构作的矩阵
给出一环 R，M(m,n, R) 是所有由 R 中元素排成的 m× n 矩阵的集合。若 m=n，则通常记以 M(n,R)。
  这些矩阵可加可乘 (请看下面)，故 M(n,R) 本身是一个环，而此环与左 R 模 Rn 的自同态环同构。

若 R 可置换， 则 M(n, R) 为一带单位元的 R-代数。其上可以莱布尼茨公式定义 行列式：一个矩阵可逆当且仅当其行列式在 R 内可逆。
  

在维基百科内，除特别指出，一个矩阵多是实数矩阵或虚数矩阵。

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分块矩阵
分块矩阵 是指一个大矩阵分割成“矩阵的矩阵”。
  举例，以下的矩阵

可分割成 4 个 2×2 的矩阵

。
此法可用于简化运算，简化数学证明，以及一些电脑应用如VLSI芯片设计等。
  

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特殊矩阵类别
对称矩阵是相对其主对角线（由左上至右下）对称, 即是 ai,j=aj,i。
埃尔米特矩阵（或自共轭矩阵）是相对其主对角线以复共轭方式对称, 即是 ai,j=a*j,i。
  
特普利茨矩阵在任意对角线上所有元素相对, 是 ai,j=ai 1,j 1。
随机矩阵所有列都是概率向量, 用于马尔可夫链。
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矩阵运算
给出 m×n 矩阵 A 和 B，可定义它们的和 A B 为一 m×n 矩阵，等 i,j 项为 (A B)[i, j] = A[i, j] B[i, j]。
  举例：

另类加法可见于矩阵加法。

若给出一矩阵 A 及一数字 c，可定义标量积 cA，其中 (cA)[i, j] = cA[i, j]。
   例如

这两种运算令 M(m, n, R) 成为一实数线性空间，维数是mn。

若一矩阵的列数与另一矩阵的行数相等，则可定义这两个矩阵的乘积。
  如 A 是 m×n 矩阵和 B 是 n×p矩阵，它们是乘积 AB 是一个 m×p 矩阵，其中

(AB)[i, j] = A[i, 1] * B[1, j] A[i, 2] * B[2, j] 。
  。。 A[i, n] * B[n, j] 对所有 i 及 j。
例如

此乘法有如下性质：

(AB)C = A(BC) 对所有 k×m 矩阵 A, m×n 矩阵 B 及 n×p 矩阵 C ("结合律")。
  
(A B)C = AC BC 对所有 m×n 矩阵 A 及 B 和 n×k 矩阵 C ("分配律")。
C(A B) = CA CB 对所有 m×n 矩阵 A 及 B 和 k×m 矩阵 C ("分配律")。
  
要注意的是：可置换性不一定成立，即有矩阵 A 及 B 使得 AB ≠ BA。

对其他特殊乘法，见矩阵乘法。

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线性变换，秩，转置
矩阵是线性变换的便利表达法，皆因矩阵乘法与及线性变换的合成有以下的连系：

以 Rn 表示 n×1 矩阵（即长度为n的矢量）。
  对每个线性变换 f : Rn -> Rm 都存在唯一 m×n 矩阵 A 使得 f(x) = Ax 对所有 x ∈ Rn。 这矩阵 A "代表了" 线性变换 f。 今另有 k×m 矩阵 B 代表线性变换 g : Rm -> Rk，则矩阵积 BA 代表了线性变换 g o f。
  

矩阵 A 代表的线性代数的映像的维数称为 A 的矩阵秩。矩阵秩亦是 A 的行（或列）生成空间的维数。

m×n矩阵 A 的转置是由行列交换角式生成的 n×m 矩阵 Atr （亦纪作 AT 或 tA），即 Atr[i, j] = A[j, i] 对所有 i and j。
  若 A 代表某一线性变换则 Atr 表示其对偶算子。转置有以下特性：

(A B)tr = Atr Btr，(AB)tr = BtrAtr。