20241230 基础数学-线性代数-(1)求解特征值(numpy, scipy)

所有代码实现,基于教程中的理论通过python实现出来的。效率不高,但有代码可以看。

由于scipy/sckitlearn/sparkx 底层的实现都被封装了(小白兔水平有限,fortran代码实在没看懂)这里的实现至少可以和理论公式对应的上。

1. 求特征值和特征向量

这是后面解线性方程的基础。解方程及拆分过程依赖eigVal,eigVec,很重要。

基本的解析法很好理解,所有的教程都有介绍。但是工程实现numpy等都是用的其他数值求解方法,这里实验了QR方法(水平有限,是最基础的QR),证明QR方法不难实现,并且有更多方法优化可以提高QR的数值稳定性和收敛效率(水平有限,placeholder,given旋转等,未研究)。

|--------|---------------------------------------------------------|-------------------------------------------------------------------------|----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------|
| | 解析 | 解析 | 数值 |
| eig | polynomial | *symmetric matrix lanrange multiples | *symmetric matrix QR Iteration |
| 算法 | det(A-lambda*E)=0 解lambda的n次方程, 对应每个eigval\*解齐次方程。 | 基于对称矩阵转标准二次型原理,A= (PN...P1) D (P1.T ... PN.T) eigVec=(PN...P1) eigVal=D | 1. 将A=QR,Q为规范正交矩阵,R为A在这个矩阵上的投影系数。 2. AK=RQ, 迭代k次, Q.T A= R, A1= Q.T A Q; ... Q1.T A1= R1; A2= Q1.T A1 Q1 = Q1.T Q.T A Q Q1 ... AK = (QK.T ... Q.T) A (Q ... QK ) //AK 就是特征值对角矩阵, Q...QK 就是特征向量 //AK为什么会收敛为对角矩阵,待研究//TODO eigVec=(PN...P1) eigVal=D |
| PYTHON | E00_eigVal_by_polynomial.py | P00_lagrange_mul_resolver00.py | E01_eigVal_by_qr_mm.py //*没有完全解决数值稳定性问题,devide0 等等;URL有大神写了QR算法文章,有更优的算法。 |

参考代码

​​​​​​参考代码: AITutorial02: AI初学,AI幼儿园练习

写在最后

* 线性代数理论及证明过程请参考教材。公式推理可以参考AI。感谢数学大师们。感谢《学兔兔》网。

相关推荐
TechEdu2026061 小时前
[人工智能]Python10:NumPy.random.Algebra 随机代数实战指南
人工智能·numpy
苏打豆13 小时前
Pinocchio源码阅读——刚体运动物理量空间变换及求导
c++·线性代数·算法·矩阵·机器人
梦帮科技18 小时前
量子张量网络破局大模型:从矩阵乘积态 (MPS) 到张量列 (TT-SVD) 低秩收缩全推导
网络·数据结构·数据库·线性代数·矩阵·架构·模拟退火算法
xailorliu1 天前
矩阵定性-正定负定不定半正定半负定
c++·opencv·线性代数·计算机视觉·矩阵
wzdark2 天前
矩阵快速幂算法在图路径计算中的应用4
线性代数·算法·矩阵
TechEdu2026062 天前
[人工智能]Python08:NumPy 检查与诊断
人工智能·numpy
TechEdu2026063 天前
[人工智能]Python06:NumPy 数组操作详解
人工智能·numpy
HIT_Weston4 天前
14、【数学】【线性代数】one-hot 与基向量:分类目标为什么能当概率分布
线性代数·数学
Xiu Yan10 天前
Python 数据分析:Pandas DataFrame 零基础入门教程
python·jupyter·pycharm·numpy·pandas
醇氧10 天前
Git 合并冲突与`__pycache__` 的恩怨情仇
python·numpy·fastapi