slam十四講(二)李群李代數

2022-07-06 00:03:11 字數 2341 閱讀 8774

李群

群(group)是一種集合加上一種運算的代數結構。我們把集合記作 a,運算記作 ·,g = (a, ·)

性質:

特殊正交群 so(n) 也就是所謂的旋轉矩陣群,其中 so(2) 和 so(3) 最為常見。

特殊歐氏群 se(n) 也就是前面提到的 n 維歐氏變換,如 se(2) 和 se(3)。

李代數:

李代數由乙個集合 v,乙個數域 f 和乙個二元運算 [, ] 組成。如果它們滿足以下幾條

性質,稱 (v, f, [, ]) 為乙個李代數,記作 g。

性質:

so(3):

so(3) 對應的李代數是定義在 r 3上的向量,我們記作 φ。

在此定義下,兩個向量 φ 1 , φ 2 的李括號為:

所以so(3) =

它與 so(3) 的關係由指數對映給定:

so(3) 上的指數對映:

so(3) 實際上就是由所謂的旋轉向量組成的空間,而指數對映即羅德里格斯公式。通過它們,我們把

so(3) 中任意乙個向量對應到了乙個位於 so(3) 中的旋轉矩陣。反之,如果定義對數對映,

我們也能把 so(3) 中的元素對應到 so(3)

se(3) 上的指數對映:

so(3), se(3), so(3), se(3) 的對應關係:

李代數求導與擾動模型

該式告訴我們,當對乙個旋轉矩陣 r 2 (李代數為 φ2 )左乘乙個微小旋轉矩陣 r 1 (李代數為 φ 1 )時,可以近似地看作,在原有的李代數 φ 2 上,加上了一項 j l (φ 2 )−1φ 1 。同理,第二個近似描述了右乘乙個微小位移的情況。於是,李代數在 bch近似下,分成了左乘近似和右乘近似兩種,在使用時我們須加注意,使用的是左乘模型還是右乘模型。

假定對某個旋轉 r,對應的李代數為 φ。我們給它左乘乙個微小旋轉,記作 ∆r,對

應的李代數為 ∆φ。那麼,在李群上,得到的結果就是 ∆r · r,而在李代數上,根據 bch

近似,為:j l −1 (φ)∆φ + φ。合併起來,可以簡單地寫成:

同樣的,對於 se(3),亦有類似的bch 近似公式:

李代數求導:

擾動模型(左乘)求導:

我們以左擾動為例。設左擾動 ∆r 對應的李代數為φ。然後,對 φ 求導,即:

優點:不用計算jl

se(3) 上的李代數求導:

假設某空間點 p 經過一次變換 t (對應李代數為 ξ),得到 t p ¬ 。現在,給 t 左乘乙個擾動

∆t = exp (δξ ∧ ),我們設擾動項的李代數為 δξ = [δρ, δφ] t ,那麼:

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