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
如竟没有火炬13 小时前
最大矩阵——单调栈
数据结构·python·线性代数·算法·leetcode·矩阵
Sirius Wu14 小时前
意图&实体ToolCall_Prompt调优
人工智能·机器学习·语言模型·prompt·aigc
wengad16 小时前
机器学习实践理论基础|算法、模型和数据集
人工智能·算法·机器学习
梦梦代码精18 小时前
为什么这个开源的AI平台会火?有点东西。。。
人工智能·算法·机器学习·docker·开源
Sirius Wu19 小时前
Agentic端到端&分离式RL技术建设
人工智能·深度学习·机器学习·caffe
qq_5278878720 小时前
机器学习训练中Epoch、Batch、Bath_size、Data_size的区别
人工智能·机器学习·batch
湘美书院--湘美谈教育20 小时前
湘美谈教育AI经验集锦:有些东西,它们很难蒸馏
大数据·人工智能·深度学习·机器学习
keykey6.1 天前
迁移学习实战:用预训练模型做图像分类
开发语言·人工智能·深度学习·机器学习
数智工坊1 天前
周志华《Machine Learning》学习笔记--第十四章--概率图模型
笔记·学习·机器学习