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matlab 中克罗内克积 克罗内克积

时间:2022-11-07 06:30:33

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matlab 中克罗内克积 克罗内克积

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什么是克罗内克积

克罗内克积是指两个任意大小的矩阵间的运算,表示为

。克罗内克积是张量积的特殊形式,以德国数学家利奥波德•克罗内克命名。

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克罗内克积的定义

如果A是一个m×n的矩阵,而B是一个p×q的矩阵,克罗内克积

则是一个mp×nq的分块矩阵

更具体地可表示为

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克罗内克积的特性

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双线性和结合律

克罗内克积是张量积的特殊形式,因此满足双线性映射|双线性与结合律:

,,,。

其中,A,B和C是矩阵,而k是常量。

克罗内克积不符合交换律:

通常,A

B不同于B

A。

A

B和B

A是排列等价的,也就是说,存在排列矩阵P和Q,使得:

如果A和B是方块矩阵,则A

B和B

A甚至是排列相似矩阵|相似的,也就是说,我们可以取P=QT。

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混合乘积性质

如果A、B、C和D是四个矩阵,且矩阵乘积AC和BD存在,那么:

这个性质称为“混合乘积性质”,因为它混合了通常的矩阵乘积和克罗内克积。于是可以推出,A

B是可逆矩阵|可逆的当且仅当A和B是可逆的,其逆矩阵为:

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克罗内克和

如果A是n×n矩阵,B是m×m矩阵,

表示k×k单位矩阵,那么我们可以定义克罗内克和

为:

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假设A和B分别是大小为n和q的方块矩阵。设λ1,……,λn为A的特征值,μ1,……,μq为B的特征值。那么A

B的特征值为:

λiμj,i=1,……,n;j=1,……,q。

于是可以推出,两个矩阵的克罗内克积的迹和行列式为:

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奇异值

如果A和B是长方矩阵,那么我们可以考虑它们的奇异值分解|奇异值。假设A有rA个非零的奇异值,它们是:

σA,i,i=1,……,rA

类似地,设B的非零奇异值为:

σB,i,i=1,……,rB

那么克罗内克积A

B有rArB个非零奇异值,它们是:

σA,iσB,j, i=1,……,rA, j=1,……,rB

由于一个矩阵的秩等于非零奇异值的数目,因此我们有:

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与抽象张量积的关系

矩阵的克罗内克积对应于线性映射的抽象张量积。特别地,如果向量空间V、W、X和Y分别具有基{v1,...,vm}、{w1,...,wn}、{x1,...,xd}和{y1,...,ye},且矩阵A和B分别在恰当的基中表示线性变换S:V→X和T:W→Y,那么矩阵A⊗B表示两个映射的张量积S⊗T:V⊗W→X⊗Y,关于V⊗W的基{v1⊗w1,v1⊗w2,...,v2⊗w1,...,vm⊗wn}和X⊗Y的类似基。

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转置

克罗内克积转置运算符合分配律:

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克罗内克积的矩阵方程

克罗内克积可以用来为一些矩阵方程得出方便的表示法。例如,考虑方程AXB=C,其中A、B和C是给定的矩阵,X是未知的矩阵。我们可以把这个方程重写为

这样,从克罗内克积的性质可以推出,方程AXB=C具有唯一的解,当且仅当A和B是非奇异矩阵。

在这里,vec(X)表示矩阵X的向量化,它是把X的所有列堆起来所形成的列向量。

如果把X的行堆起来,形成列向量x,则AXB也可以写为

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克罗内克积的例子

..

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