QRDecomposition

QRDecomposition[m]

给出数值矩阵 m 的 QR 分解. 结果为列表 {q,r},其中 q 是酉矩阵,r 是上三角矩阵.

更多信息和选项

范例

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基本范例  (3)

将 2×2 矩阵分解为酉(正交)矩阵 和上三角矩阵

验证 m=TemplateBox[{q}, ConjugateTranspose].r

对于一个具有明确值的 3×2 矩阵,计算 QR 分解:

TemplateBox[{q}, Transpose].r 为原始矩阵:

对于具有近似数值的 2×3 矩阵,计算 QR 分解:

TemplateBox[{q}, Transpose].r 为原始矩阵:

范围  (11)

基本用法  (7)

求机器精度矩阵的 QR 分解:

格式化结果:

复矩阵的 QR 分解:

对精确矩阵使用 QRDecomposition

任意精度矩阵的 QR 分解:

对符号矩阵使用 QRDecomposition

高效计算大型数值矩阵的 QR 分解:

非方阵的 QR 分解:

特殊矩阵  (4)

求稀疏矩阵的 QR 分解:

结构化矩阵的 QR 分解:

与具有一致单位的 QuantityArray 结构化矩阵一起使用:

矩阵是无量纲的; 矩阵获取单位:

IdentityMatrix 的 QR 分解由两个单位矩阵组成:

HilbertMatrix 的 QR 分解:

选项  (4)

Pivoting  (1)

用机器算法旋转的 QR 分解:

沿着 r 的对角线的元素按数量级递减的顺序排列:

该矩阵 p 是一个置换矩阵:

QRDecomposition 满足 m.p==ConjugateTranspose[q].r

TargetStructure  (3)

实矩形矩阵:

设置 TargetStructure->"Dense",则 QRDecomposition 的结果是两个稠密矩阵的列表:

设置 TargetStructure->"Structured",则 QRDecomposition 的结果是包含一个 OrthogonalMatrix 和一个 UpperTriangularMatrix 的列表:

实矩形矩阵:

设置 Pivoting->TrueTargetStructure->"Structured",则 QRDecomposition 的结果是包含一个 OrthogonalMatrix、一个 UpperTriangularMatrix 和一个 PermutationMatrix 的列表:

复矩形矩阵:

设置 TargetStructure->"Dense",则 QRDecomposition 的结果是两个稠密矩阵的列表:

设置 TargetStructure->"Structured",则 QRDecomposition 的结果是包含一个 UnitaryMatrix 和一个 UpperTriangularMatrix 的列表:

应用  (8)

QRDecomposition 的几何学  (4)

找到以下矩阵 的列空间的正交基,然后使用该基找到 的 QR 分解:

计算 的维度:

定义为 的第 列,将 定义为对应 GramSchmidt 基的第 个元素:

为其行为 的矩阵:

为其元素是沿 基向量的 的分量的矩阵:

验证

这与 QRDecomposition 给出的结果一样:

比较使用 OrthogonalizeQRDecomposition 为以下矩阵 找到的 QR 分解:

是对 的列应用 Orthogonalize 的结果:

等于

验证

这与 QRDecomposition 给出的结果一样:

比较对下列矩阵 使用 OrthogonalizeQRDecomposition 计算得到的 QR 分解:

是对 的复共轭列应用 Orthogonalize 的结果:

等于

验证

这与 QRDecomposition 给出的结果相同:

对于某些应用,可计算所谓的完整 QR 分解,其中 是方阵(因此是酉矩阵)并且 具有与输入矩阵相同的维度. 计算以下矩阵 的完整 QR 分解:

只有两个线性独立的列,所以 分别只有两行:

使用 NullSpace 求出 的行张成空间之外的向量,然后正交化完整集:

矩阵为酉矩阵:

只需用零填充 矩阵,使其形状与 相同:

验证这也是一个有效的 QR 分解:

最小二乘和曲线拟合  (4)

对于以下矩阵 和向量 ,使用 QR 分解找到最小化 TemplateBox[{{{m, ., x}, -, b}}, Norm]

计算 的分解:

由于 m=TemplateBox[{q}, Transpose].rTemplateBox[{m}, Transpose].m=TemplateBox[{r}, Transpose].r,因此正规方程 TemplateBox[{m}, Transpose].m.x=TemplateBox[{m}, Transpose].b 可被重算为 TemplateBox[{r}, Transpose].r.x=TemplateBox[{r}, Transpose].q.b

由于 是可逆的(因为 的列是线性无关的),所以解是 x=TemplateBox[{r}, Inverse].q.b

使用 LeastSquares 验证结果:

使用 QR 分解求解以下矩阵 和向量 的方程

计算 TemplateBox[{m}, Transpose] 的 QR 分解,给出可逆的 ,因为 具有线性独立的行:

像求解最小二乘问题一样令 x=TemplateBox[{q}, Transpose].TemplateBox[{{(, TemplateBox[{r}, Transpose, SyntaxForm -> SuperscriptBox], )}}, Inverse].b

由于 的列张成空间 TemplateBox[{}, Reals]^3 必须是方程的解:

QRDecomposition 可用于找到数据的最佳拟合曲线. 思考以下数据:

从数据中提取 坐标:

列,这样最小化 TemplateBox[{{{m, ., {{, {a, ,, b}, }}}, -, y}}, Norm] 将拟合于 直线:

由于 的列是线性独立的,因此线性最小二乘拟合的系数为 TemplateBox[{r}, Inverse].q.y

使用 Fit 验证系数:

绘制最佳拟合曲线和数据:

求出以下数据的最佳拟合抛物线:

从数据中提取 坐标:

列,这样最小化 TemplateBox[{{{m, ., {{, {a, ,, b, ,, c}, }}}, -, y}}, Norm] 将会拟合

由于 的列线性独立,因此最小二乘拟合的系数为 TemplateBox[{r}, Inverse].q.y

使用 Fit 验证系数:

绘制最佳拟合曲线和数据:

属性和关系  (10)

m 是一个 3×4 矩阵:

计算 QR 分解:

q 是行正交的:

r 是上三角的:

m 等于 ConjugateTranspose[q].r

如果 矩阵,则 矩阵将具有 列,而 矩阵将具有 列:

QRDecomposition 计算分解,其中 MatrixRank[m] 行:

如果 m 是实值且可逆,则其 QR 分解的 矩阵为正交:

m 是可逆,则其 QR 分解的 矩阵是酉矩阵:

a 矩阵且 MatrixRank[a]==n,则其 QR 分解的 矩阵为酉矩阵:

a 矩阵且 MatrixRank[a]==m,则其 QR 分解的 矩阵为可逆:

而且,PseudoInverse[a]==Inverse[r].q

Orthogonalize 可用于计算 QR 分解:

对于近似矩阵而言,则通常不同于 QRDecomposition 算出的矩阵:

LeastSquaresQRDecomposition 都可用于求解最小二乘问题:

除相位外,TemplateBox[{m}, ConjugateTranspose].m 的 Cholesky 分解与 的 QR 分解一样:

计算 CholeskyDecomposition[ConjugateTranspose[m].]m

的 QR 分解:

除了每一行的相位选择, 一样:

Wolfram Research (1991),QRDecomposition,Wolfram 语言函数,https://reference.wolfram.com/language/ref/QRDecomposition.html (更新于 2024 年).

文本

Wolfram Research (1991),QRDecomposition,Wolfram 语言函数,https://reference.wolfram.com/language/ref/QRDecomposition.html (更新于 2024 年).

CMS

Wolfram 语言. 1991. "QRDecomposition." Wolfram 语言与系统参考资料中心. Wolfram Research. 最新版本 2024. https://reference.wolfram.com/language/ref/QRDecomposition.html.

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Wolfram 语言. (1991). QRDecomposition. Wolfram 语言与系统参考资料中心. 追溯自 https://reference.wolfram.com/language/ref/QRDecomposition.html 年

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