矩陣分析學習(最小范數解與極小最小二乘解)

廣義逆矩陣與線性方程組的解:

設有線性方程組 Ax=b,在這裏A是m*n的矩陣,b爲m*1的矩陣;如果m=n且A可逆,則Ax=b有唯一解x=(A^-1)b

或者m != n 或 m = n但A不可逆,方程組不一定有解,即便是有解,解的個數也不一定唯一。

定理:n*m矩陣G是m*n矩陣A的一個{1}-廣義逆,當且僅當AGA=A;

(注:這裏的X、Y、Z爲任意矩陣,一般取O矩陣即可,Q和P可以通過(1)式根據初等變換求解

在這裏的Er爲單位陣,r等於矩陣A的秩,m*n矩陣的逆爲n*m矩陣)

在這裏設G爲m*n矩陣A的一個{1}-廣義逆,並且(GA)^H=GA ,那麼對於給定的m*1列向量b,只要Ax=b有解,則

x=Gb就爲其最小范數解;(即用{1}-廣義逆乘b即是Ax=b的最小范數解)

同時滿足條件AGA=A;GAG=G;(GA)^H=GA;(AG)^H=AG的n*m矩陣G稱爲m*n矩陣A的M-P廣義逆,記做A+;

方程Ax=b的極小最小二乘解就是M-P廣義逆A+與b的乘積;(即 x=(A+)b

計算m*n階矩陣A的M-P廣義逆(口訣):(A^H) A (A^H);(行滿秩後二逆,列滿秩前二逆);

根據奇異值分解求解M-P廣義逆

則唯一的廣義逆矩陣爲:

 兩側的P和Q^H可以根據矩陣的初等變換進行求解,A的M-P廣義逆就是將Q^H的共軛轉置乘以奇異值構成的矩陣

的逆在乘以P的共軛轉置;(簡單的記憶就是奇異值分解式兩側矩陣共軛轉置,中間矩陣求逆

那麼問題的重心就落在求解中間的部分(根據A矩陣進行求解

矩陣A的奇異值,就是(A^H)A對應的矩陣所有非0(要求大於等於0)特徵值的平方

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