關於範數的介紹

作者:Faaany
鏈接:https://www.zhihu.com/question/21868680/answer/136376374
來源:知乎
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要更好的理解範數,就要從函數、幾何與矩陣的角度去理解,我儘量講的通俗一些。
我們都知道,函數與幾何圖形往往是有對應的關係,這個很好想象,特別是在三維以下的空間內,函數是幾何圖像的數學概括,而幾何圖像是函數的高度形象化,比如一個函數對應幾何空間上若干點組成的圖形。
但當函數與幾何超出三維空間時,就難以獲得較好的想象,於是就有了映射的概念,映射表達的就是一個集合通過某種關係轉爲另外一個集合。通常數學書是先說映射,然後再討論函數,這是因爲函數是映射的一個特例。
爲了更好的在數學上表達這種映射關係,(這裏特指線性關係)於是就引進了矩陣。這裏的矩陣就是表徵上述空間映射的線性關係。而通過向量來表示上述映射中所說的這個集合,而我們通常所說的基,就是這個集合的最一般關係。於是,我們可以這樣理解,一個集合(向量),通過一種映射關係(矩陣),得到另外一個幾何(另外一個向量)。
那麼向量的範數,就是表示這個原有集合的大小。
而矩陣的範數,就是表示這個變化過程的大小的一個度量。

那麼說到具體几几範數,其不過是定義不同,一個矩陣範數往往由一個向量範數引出,我們稱之爲算子範數,其物理意義都如我上述所述。

以上符合知乎回答問題的方式。

接下來用百度回答方式:

0範數,向量中非零元素的個數。

1範數,爲絕對值之和。

2範數,就是通常意義上的模。

無窮範數,就是取向量的最大值。

具體怎麼用,看不同的領域,看你來自計算機領域 用的比較多的就是迭代過程中收斂性質的判斷,如果理解上述的意義,在計算機領域,一般迭代前後步驟的差值的範數表示其大小,常用的是二範數,差值越小表示越逼近實際值,可以認爲達到要求的精度,收斂。

 

 

總的來說,範數的本質是距離,存在的意義是爲了實現比較。比如,在一維實數集合中,我們隨便取兩個點4和9,我們知道9比4大,但是到了二維實數空間中,取兩個點(1,1)和(0,3),這個時候我們就沒辦法比較它們之間的大小,因爲它們不是可以比較的實數,於是我們引入範數這個概念,把我們的(1,1)和(0,3)通過範數分別映射到實數\sqrt{2}和 3 ,這樣我們就比較這兩個點了。所以你可以看到,範數它其實是一個函數,它把不能比較的向量轉換成可以比較的實數。
在上面的例子裏,我們用的範數是平方求和然後再開方,範數還有很多其他的類型,這個就要看具體的定義了,理論上我們也可以把範數定義爲只比較x軸上數字的絕對值。

PS:我這裏說的是向量範數。;)

 

什麼一範數二範數也是用來度量一個整體,比如兩個個班的人比較高度,你可以用班裏面最高的人(無窮範數)去比較,也可以用班裏所有人的身高總和比較(一範數),也可以求平均(幾何平均?忘記了。。)(類似二範數)。

舉一個簡單的例子,一個二維度的歐氏幾何空間 R ^2就有歐氏範數。在這個向量空間的元素(譬如:(3,7))常常在笛卡兒座標系統被畫成一個從原點出發的箭號。每一個向量的歐氏範數就是箭號的長度。

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