数学基础 -- 线性代数之线性变换

线性变换

线性变换 是线性代数中的一个基本概念,它描述了一种特殊的函数,该函数将一个向量空间中的向量映射到另一个向量空间中,并且保持向量加法和标量乘法的性质。具体来说,设 V V V 和 W W W 是两个向量空间,一个映射 T : V → W T: V \rightarrow W T:V→W 被称为线性变换,当且仅当对于任意的向量 u , v ∈ V \mathbf{u}, \mathbf{v} \in V u,v∈V 和标量 c ∈ R c \in \mathbb{R} c∈R (或 C \mathbb{C} C),以下两条性质成立:

  1. 加法保持性 : T ( u + v ) = T ( u ) + T ( v ) T(\mathbf{u} + \mathbf{v}) = T(\mathbf{u}) + T(\mathbf{v}) T(u+v)=T(u)+T(v)
  2. 标量乘法保持性 : T ( c u ) = c T ( u ) T(c\mathbf{u}) = cT(\mathbf{u}) T(cu)=cT(u)

例子

  1. 二维平面上的旋转:

    • 设 T : R 2 → R 2 T: \mathbb{R}^2 \rightarrow \mathbb{R}^2 T:R2→R2 是一个将二维平面上的向量绕原点旋转 θ \theta θ 角度的变换。若 v = ( x y ) \mathbf{v} = \begin{pmatrix} x \\ y \end{pmatrix} v=(xy),则经过变换 T T T 后:
      T ( v ) = ( cos ⁡ θ − sin ⁡ θ sin ⁡ θ cos ⁡ θ ) ( x y ) = ( x cos ⁡ θ − y sin ⁡ θ x sin ⁡ θ + y cos ⁡ θ ) T(\mathbf{v}) = \begin{pmatrix} \cos\theta & -\sin\theta \\ \sin\theta & \cos\theta \end{pmatrix} \begin{pmatrix} x \\ y \end{pmatrix} = \begin{pmatrix} x\cos\theta - y\sin\theta \\ x\sin\theta + y\cos\theta \end{pmatrix} T(v)=(cosθsinθ−sinθcosθ)(xy)=(xcosθ−ysinθxsinθ+ycosθ)
      这个变换保持了向量加法和标量乘法的性质,因此是一个线性变换。
  2. 二维平面上的缩放:

    • 设 T : R 2 → R 2 T: \mathbb{R}^2 \rightarrow \mathbb{R}^2 T:R2→R2 是一个将向量 v \mathbf{v} v 进行均匀缩放的变换。对于缩放系数 k k k, T ( v ) = k v T(\mathbf{v}) = k\mathbf{v} T(v)=kv。如果 v = ( x y ) \mathbf{v} = \begin{pmatrix} x \\ y \end{pmatrix} v=(xy),则:
      T ( v ) = k ( x y ) = ( k x k y ) T(\mathbf{v}) = k\begin{pmatrix} x \\ y \end{pmatrix} = \begin{pmatrix} kx \\ ky \end{pmatrix} T(v)=k(xy)=(kxky)
      这个变换同样保持了向量加法和标量乘法的性质,是一个线性变换。
  3. 投影变换:

    • 设 T : R 3 → R 2 T: \mathbb{R}^3 \rightarrow \mathbb{R}^2 T:R3→R2 是一个将三维向量投影到二维平面的变换。假设投影到 x y xy xy 平面上,则:
      T ( x y z ) = ( x y ) T\begin{pmatrix} x \\ y \\ z \end{pmatrix} = \begin{pmatrix} x \\ y \end{pmatrix} T xyz =(xy)
      这个变换也保持了向量加法和标量乘法的性质,因此是线性变换。

这些例子展示了线性变换如何将向量空间中的向量映射到另一个向量空间,并且不改变向量的线性结构。

相关推荐
封步宇AIGC14 分钟前
量化交易系统开发-实时行情自动化交易-Okex K线数据
人工智能·python·机器学习·数据挖掘
封步宇AIGC16 分钟前
量化交易系统开发-实时行情自动化交易-Okex交易数据
人工智能·python·机器学习·数据挖掘
z千鑫18 分钟前
【人工智能】利用大语言模型(LLM)实现机器学习模型选择与实验的自动化
人工智能·gpt·机器学习·语言模型·自然语言处理·自动化·codemoss
波点兔20 分钟前
【部署glm4】属性找不到、参数错误问题解决(思路:修改模型包版本)
人工智能·python·机器学习·本地部署大模型·chatglm4
Power20246666 小时前
NLP论文速读|LongReward:基于AI反馈来提升长上下文大语言模型
人工智能·深度学习·机器学习·自然语言处理·nlp
数据猎手小k7 小时前
AndroidLab:一个系统化的Android代理框架,包含操作环境和可复现的基准测试,支持大型语言模型和多模态模型。
android·人工智能·机器学习·语言模型
sp_fyf_20247 小时前
计算机前沿技术-人工智能算法-大语言模型-最新研究进展-2024-11-01
人工智能·深度学习·神经网络·算法·机器学习·语言模型·数据挖掘
知来者逆8 小时前
研究大语言模型在心理保健智能顾问的有效性和挑战
人工智能·神经网络·机器学习·语言模型·自然语言处理
老艾的AI世界8 小时前
新一代AI换脸更自然,DeepLiveCam下载介绍(可直播)
图像处理·人工智能·深度学习·神经网络·目标检测·机器学习·ai换脸·视频换脸·直播换脸·图片换脸
Chef_Chen9 小时前
从0开始学习机器学习--Day14--如何优化神经网络的代价函数
神经网络·学习·机器学习