矩阵的LU分解

AB 的逆:$$B^{-1} A^{-1}$$

转置的逆,$$A^T$$ 的逆是 $$(A^{-1})^T$$

矩阵的 LU 分解:

  • 任意一个矩阵 A 表示一定可以表示为两个矩阵 L、U 的乘积,其中 L 是一个下三角矩阵、 U 是一个上三角矩阵;

消元法中,已经知道:

  • 矩阵 A 可以通过左乘若干个行变化操作矩阵,可以得到一个上三角矩阵,即 $$E_{n(n-1)}\cdots E_{21}A = U$$;

  • 由上面的公式可以得到:$$L = E_{21}^{-1} \cdots E_{n(n-1)}^{-1}$$,是一个下三角矩阵;

  • 对于每一个行操作的逆也是很好求的,它的对角线是 1,一个位置有操作数 x,其他位置都是 0,它的逆就是将对应位置的操作数改写成 -x 即可;

  • 这个方法需要的时间复杂度是 $$O(n^2 \cdot n)$$

Permutation Matrix:

  • For matrix size $$n \times n$$, there are $$n!$$ different permutation matrices;
  • Mutiplation of two permutation matrix will result in a permutation matrix;
  • Inverse of permutaion matrix: $$P^{-1} = P^{T}$$
  • 比如以下的矩阵就是一个 $$3 \times 3$$ 的排列矩阵:$$\pmatrix{ 0 &1 &0 \ 1 &0 &0 \ 0 &0 &1}$$,用这个矩阵左乘任意一个矩阵 A,相当于交换了该矩阵 A 的第一行和第二行;

上面的 A=LU 公式分解中存在一个问题:

  • 消元法除了左乘行的线性组合之外,还会进行行置换,也就是左乘一个排列矩阵(Permutation Matrix)
  • 设这个行置换矩阵为 P,那么分解可以表示为 $$PA = LU$$