SchurDecomposition

SchurDecomposition[m]

给出数值矩阵 m 的 Schur 分解,该数值矩阵以列表 {q,t} 形式给出,其中 q 是正交矩阵,t 是块上三角矩阵.

SchurDecomposition[{m,a}]

给出关于 am 的广义 Schur 分解.

更多信息和选项

范例

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基本范例  (1)

求出实数矩阵的 Schur 分解:

确认该分解,结果进行四舍五入:

格式化

范围  (12)

基本用法  (5)

求机器精度矩阵的 Schur 分解:

格式化结果:

复矩阵的 Schur 分解:

任意精度矩阵的 Schur 分解:

考虑具有复特征值的实矩阵

计算该矩阵的 Schur 分解:

分解所得结果的所有项都是实的:

矩阵沿第一个子对角线上的项为块上三角矩阵,但整体上不是上三角矩阵:

RealBlockDiagonalFormFalse 可使得 变为上三角矩阵,但会出现复数项:

大型数字矩阵的 Schur 分解可以高效进行:

分解推广  (3)

推广一对矩阵 ma 的 Schur 分解:

确认 m=q.s.TemplateBox[{p}, ConjugateTranspose]

确认 a=q.t.TemplateBox[{p}, ConjugateTranspose]

推广一对复矩阵的 Schur 分解:

验证该分解:

推广一对任意精度矩阵的 Schur 分解:

没有必要使用 Chop 来验证分解:

特殊矩阵  (4)

稀疏矩阵的 Schur 分解:

类型为 SymmetrizedArray 的结构化矩阵的 Schur 分解:

IdentityMatrix 有平凡 Schur 分解:

HilbertMatrix 的 Schur 分解:

选项  (6)

Pivoting  (1)

m 是一个 3×3 矩阵:

设置 Pivoting->True,返回表示尺度和排列的特殊矩阵:

验证 m.d 等于 d.q.t.ConjugateTranspose[q]

RealBlockDiagonalForm  (1)

m 是带有两个实数和两个复数特征值的矩阵:

RealBlockDiagonalForm->False,结果是复数上三角:

RealBlockDiagonalForm->True,沿对角线上有实数2×2区块:

TargetStructure  (4)

一个实矩阵:

设置为 TargetStructure->"Dense" 时,SchurDecomposition 结果是两个稠密矩阵组成的列表:

设置为 TargetStructure->"Structured" 时,SchurDecomposition 的结果是由一个 OrthogonalMatrix 和一个 BlockUpperTriangularMatrix 组成的列表:

一个复矩阵:

设置为 TargetStructure->"Dense" 时,SchurDecomposition 结果是两个稠密矩阵组成的列表:

设置为 TargetStructure->"Structured" 时,SchurDecomposition 的结果是由一个 UnitaryMatrix 和一个 UpperTriangularMatrix 组成的列表:

一对实矩阵:

设置为 TargetStructure->"Dense" 时,SchurDecomposition 结果是四个稠密矩阵组成的列表:

设置为 TargetStructure->"Structured" 时,SchurDecomposition 的结果是由两个 OrthogonalMatrix 对象、一个 BlockUpperTriangularMatrix 和一个 UpperTriangularMatrix 组成的列表:

两个复矩阵:

设置为 TargetStructure->"Dense" 时,SchurDecomposition 结果是四个稠密矩阵组成的列表:

设置为 TargetStructure->"Structured" 时,SchurDecomposition 的结果是由两个 UnitaryMatrix 对象和两个 UpperTriangularMatrix 对象组成的列表:

应用  (3)

当且仅当 NormalMatrixQ[m] 为真时,矩阵 m 酉等价于对角矩阵. Schur 分解对一般矩阵给出次佳的归约三角矩阵的酉等价. 思考一个非正规矩阵:

Schur 分解给出等价的三角矩阵:

因为特征值是实数的,它出现在 t 的对角线上:

Schur 分解可以看作是为延伸到右下角的 矩阵寻找特征向量的嵌套序列的过程. 思考以下矩阵

该矩阵的特征值是实数,因此该分解将是实数且为上三角:

的第一个特征向量开始构造 的标准正交基:

因为 与特征向量 正交,因此将 转换为该基会在第一列的对角线下方放置零:

提取 2×2 右下矩阵;其特征值是 的剩余特征值:

TemplateBox[{}, Reals]^2 的标准正交基,包括 的第一个特征向量,并将其嵌入 TemplateBox[{}, Reals]^3

q=TemplateBox[{{(, {{u, _, 2}, ., u}, )}}, Transpose] 并思考 TemplateBox[{q}, Transpose].m.q

SchurDecomposition 比较,直到 的列符号为止的结果都相同:

计算 Schur 分解的一种简单方法是未移位 QR 算法. 从 开始,在每个阶段计算 的 QR 分解 . 然后令 t_(k+1)=r.TemplateBox[{q}, Transpose]q_(k+1)=q.TemplateBox[{q}, Transpose]. 在极限情况下,(对于表现良好的输入矩阵而言) 收敛到所需的 矩阵, 收敛到所需的 矩阵. 将此方法应用于以下矩阵

使用 QR 算法的 100 次迭代计算该分解:

通过构造,得到的 矩阵是正交的:

虽然看起来不像,但 是上三角形矩阵;对角线下方的项是数字噪声:

使用 SchurDecomposition 计算该分解:

两个 矩阵似乎到整体符号为止都是一致的:

这些项在数值噪声方面有所不同:

矩阵 看起来比 是更明显的上三角矩阵:

但同样, 之间的差异相当于数字噪声:

属性和关系  (11)

SchurDecomposition[m] 给出使得 m=q.t.TemplateBox[{q}, ConjugateTranspose] 的矩阵

{q,t}=SchurDecomposition[m] 中,q 总是酉矩阵:

m 为实值,则 q 也为正交:

{q,t}=SchurDecomposition[m] 中,t 为第一个次对角线的上三角矩阵:

不严格要求 t 是上三角矩阵:

若矩阵 m 有复数项,则严格需要 t 矩阵是上三角矩阵:

t 的对角线项是 m 的特征值,但不一定按任何特定顺序排序:

对于实值矩阵 m,实值特征值出现在 t 矩阵对角线上,复值则作为 2×2 区块:

对于实值矩阵 ,复特征值在 矩阵中生成形式为 的 2×2 区块:

对应复特征值可从该区块的项中以 的形式获取:

对于埃尔米特矩阵而言, 矩阵总是对角线矩阵:

ma 是一个随机的 3×3 矩阵:

求出关于 am 的广义 Schur 分解:

验证 mq.s.ConjugateTranspose[p] 给出:

验证 aq.t.ConjugateTranspose[p] 给出:

{q,s,p,t}=SchurDecomposition[{m,a},RealBlockDiagonalFormFalse] 中,st 的对角之比等于 m 关于 a 的推广特征值:

对于实数对称矩阵 m,Schur 分解由特征值和特征向量组成:

t 是对角矩阵,且 m 的特征值位于对角线上:

q 的列为 m 的特征向量:

正规矩阵 nSchurDecomposition[n,RealBlockDiagonalFormFalse]

到此,这与 Jordan 分解一致:

tj 矩阵相等:

为了验证 q 有特征向量作为列,将每列的第一项设为 1.,可以减少 qs 之间的位差:

可能存在的问题  (1)

SchurDecomposition 仅作用于近似数字矩阵:

对于精确矩阵,函数会首先将项数字化:

否则,请使用 JordanDecomposition

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

文本

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

CMS

Wolfram 语言. 1991. "SchurDecomposition." 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/SchurDecomposition.html.

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

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