矩阵分析 (四)向量和矩阵的范数

简介: 矩阵分析 (四)向量和矩阵的范数

 我们曾经用内积定义了向量空间中一个元素的长度,它是几何长度的推广,利用这个长度的概念我们可以讨论极限逼近的问题。在分析解决这些问题时最重要的是利用了长度的基本性质、非负性齐次性三角表达式


向量的范数


范数的定义

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几种常见的范数


  • 2范数

  设:

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 规定:

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  很容易证明这是范数,叫作向量的2范数。2范数在酉变换下不变。

  • 1范数

  设:

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规定:

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  • 向量的范数

  设:

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  规定:

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  • 向量的p 范数


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  • 其它:

  规定:


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∣ ∣ f ∣ ∣ 是函数的范数

  在连续函数的空间中,规定:

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∣ ∣ f ∣ ∣ 也是范数


生成范数


  在一个向量空间之中可以构造无穷多种范数,前面所述只是最常用的范数。下面给出从已知范数构造新的向量范数的方法

  • 例4 设:

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 规定

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 由于矩阵A 可以有无穷多,所以用这种方法可以构造无穷多种范数


范数的等价


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不收敛的序列叫作发散序列


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收敛是向量序列的性质,这种性质不应该受到度量方式的影响,也就是一个向量序列在一种范数的意义下收敛,那么它在另一种范数的意义下也应该收敛。一个空间中的序列在一种范数下收敛,那么它在另一种范数下也是收敛的。

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同一个向量在不同的范数下长度一般不同,如:


image.png

相差很大,但是在讨论收敛时,效果也是一样的,但是要注意,这里讨论的是有限维的空间,无穷维空间可以不等价


矩阵的范数


  由于一个m × n 矩阵可以看作m × n 维向量,因此可以按照定义向量范数的方法来定义矩阵范数,但是矩阵之间还有矩阵的乘法,在研究矩阵范数时应该给予考虑


方阵的范数


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常用的范数


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与向量范数的相容性

    image.png


用矩阵范数来定义向量范数

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image.png


从属范数


  前面介绍了由矩阵范数定义向量范数的方法,接下来将要介绍由向量范数来定义矩阵范数的方法。

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从属范数的计算

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∣ ∣ A ∣ ∣ 1 是矩阵A AA的元素取模,然后把每一列元素加起来,取这些列和的最大值。而∣ ∣ A ∣ ∣ ∞ 是把每行的模加起来,然后取最大值。


范数的应用举例


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