数值线性代数:奇异值分解SVD

本文记录计算矩阵奇异值分解SVD的原理与流程。

注1:限于研究水平,分析难免不当,欢迎批评指正。

零、预修

0.1 矩阵的奇异值

列满秩矩阵,若的特征值为,则称为矩阵的奇异值。

0.2 SVD(分解)定理

,则存在正交矩阵,使得

其中,即为矩阵的奇异值。

考虑下述两种情形:

  • 情形1:

其中,

由此可以看出,,通过计算矩阵的奇异值,便可矩阵的特征值,而矩阵即为矩阵的特征向量

  • 情形2:

,则,也就是说,的特征值,也是的特征向量。同时考虑到实对称矩阵的秩为n,所以的特征值/特征向量也是的特征值/特征向量。

0.3 Householder变换

,且,定义为Householder变换。

对于非零向量,可构造,使得

其中,

,对于

根据上述结论可知,可以构造,使得

具体来说,可按照下述流程进行操作:

由此,通过Householder变换,可以将某一列向量的部分连续元素约化为0。

0.4 Givens变换

是n维Euclid空间中的一组标准正交基,,则在平面中存在旋转变换矩阵,满足

其中,

由此可以看出,可以将向量的某个元素约化为0。

一、隐式QR计算矩阵奇异值分解

参考资料

Gene H. Golub. Matrix Computations

徐树方. 数值线性代数(第二版). 北京大学出版社, 2010.

Golub G. and Kahan W.. Calculating the Singular Values and Pseudo-Inverse of a Matrix. Journal of the Society for Industrial and Applied Mathematics: Series B, Numerical Analysis, 1965, 2(2) : 205-224.

Demmel J., Kahan W..Accurate Singular Values of Bidiagonal Matrices. SIAM Journal on Scientific and StatisticalComputing, 1990, 11(5):873-912.

P. A. Businger,G. H. Golub. Singular value decomposition of a complex matrix. communications of the acm, 1969.

相关推荐
职坐标在线2 天前
职坐标机器学习编程实战:调试优化与自动化测试精要
其他
贝塔实验室5 天前
FPGA 配置原理
经验分享·笔记·其他·fpga开发·硬件架构·硬件工程·fpga
Kent Gu9 天前
Allegro PCB元件库文件引起的问题-看不见器件,但是不能预览,也就不能放置了
其他
学视线12312 天前
水利工程安全包括哪几个方面
其他
ssk52112512 天前
http 协议和 https 协议的区别在哪里?【详情解答】
开发语言·人工智能·其他
zhichengwei12 天前
ZCC1206--10V、200mA 低噪声线性稳压电源
其他
ComPDFKit13 天前
为什么要将PDF转换为CSV?CSV是Excel吗?
其他
数字体验运营官14 天前
内容中台架构下智能推荐系统的算法优化与分发策略
其他
数字体验运营官14 天前
Baklib一站式企业知识库搭建指南
其他
安德胜SMT贴片15 天前
SMT贴片治具关键设计要素与制造工艺探析
其他