範數的意義

2021-09-05 15:24:02 字數 1826 閱讀 3125

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思考了一些關於範數的直覺性理解,想先記下來,好好消化消化。

關於矩陣的理解,這裡有一篇文章非常不錯,對矩陣的直覺理解有深入的剖析,如何理解線性代數

1.矩陣的本質是運動(躍遷)的描述,線性變換是描述運動的過程,所以線性變換可以用矩陣來表示。

2.乙個物件可以表達為無窮多個合理選擇的物件的線性和。所以向量表徵物件,無窮多個向量可以合理選擇線性組合表出其他向量。

我們這裡就把向量等價於乙個物件,乙個矩陣等價於乙個變換。

乙個向量有一定的維度,而這些維度可以看作這個物件的所有屬性,比如一頭大象有很多屬性--體重,個頭,長鼻子,大耳朵等。

書中定義的範數,是在一般的線性空間中,使用範數來定義乙個向量的長度。長度是什麼?就是兩個點之間的差別,那個這個差別如何而來?這樣的話,每個人有每個人不同的看法,每個人看得角度不同。

比如那頭大象是向量x,那麼乙個中國人來看這頭大象,他心目中產生的「大象」,就會和原始的大象產生差距,||x||a,就表示為向量x的a範數,表徵著這個大象由這個中國人來看會產生的現實大象與心中「大象」的差別。

那麼接下來定義乙個矩陣a,矩陣表徵著乙個空間到另乙個空間的對映,我們繼續來看大象,「現實」為乙個空間,「心中」為另乙個空間,大象從現實對映到心中,我們就可以用ax來表徵「心中的大象」,x-->ax的變換過程,就是通過矩陣a的變換得到,那麼矩陣的範數又是什麼呢?矩陣的範數便是這些變換的範圍,乙個人看大象,可能想到乙個動畫片中的小象的形象,可能想到泰國,甚至想到**(**吞大象嘛),而從大象出發對映到這些想象的事物的對映所構成的空間,便是矩陣a的空間,a的a範數||a||a,便是乙個中國人的想象空間中對映的長度。那麼矩陣的範數當中,為什麼多了一條相容性的規則呢?我們定義乙個對映,也必須考慮到這個對映輸入的資料的範圍,比如f(x)=in(x),這個函式的x的範圍就必須大於0,如果乙個小於0的數x,就無法和這個對映in()相容,所以矩陣的範數與向量的範數相容也就是這個道理,我們定義乙個範數就是讓乙個嬰兒來看這頭大象,你說嬰兒能夠看得懂這是什麼玩意嘛?那麼我們定義的矩陣範數不止乙個,比如a範數是中國人看,b範數是美國人看,無論從向量範數比較(現實的大象和心中大象的差距),還是從矩陣範數比較(美國人可能不會想到**~~)都會產生不同。

那麼乙個矩陣範數總能找到乙個向量範數與之相容也成立,乙個嬰兒總會有他看得懂的東西,一些存在他本能裡的。

那麼所謂矩陣的譜半徑,我理解為事物的本質。而矩陣的譜半徑是這個矩陣所有矩陣範數的下確界,理解這一定理,也就直觀的多。乙個矩陣的矩陣範數是通過乙個人來看大象的「現象」,現象永遠無法超越本質,只能無限靠近本質,譜半徑構成的球體是事物本質最大特徵為半徑構成的,矩陣範數永遠只能徘徊於這個球體之外,或無限接近球體。(難怪有人說,哲學和數學一樣,是萬物的基礎)

所謂有限維空間的不同範數是等價的。這句話也好理解了,不同人看大象無論是想成動畫片裡的「飛天象」也好,或是**也罷,最終還是要收斂到大象這個事物上去。

那麼所謂的運算元範數,運算元範數真包含於矩陣範數當中,從與向量範數的相容性出發。運算元範數從現實的大象出發,包含中國人的想象,美國人的想象,但不包含嬰兒的想象。基於大象出發,誘導出成年人的想象,構成想象空間。但注意,運算元範數是範數,是乙個實數,不等同於空間,是這個空間的上界,即使變換的上界,大象縮放的上界。

以上是我對這些日子學習的範數概念的直覺性理解,我也是受到了上面推薦的那篇文章的啟發,喜歡把具體的資料抽象為我們生活中的東西,不然雖懂得做數學公式推導,但無法理解這樣推導的原理,那和計算器沒什麼區別。

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