中文名是 变换
,英文简称是T
先看书上定义: 和 是 上的Vector Space
比如 一个向量 变成 就是一个变换(向量里面每个值*2
)。 此时 就是 , 就是 ,
自然就是实数了 。这里的公式可以写成: 同时
当然,也可以变成 。这个就是变换把一个三维的变为了一个二维向量了。此时 就是 , 就是 , 自然就是实数了 。 这里的公式可以写成: 同时
这里就有一个linear transformation
的概念,就是说这个Transformation
T
不是可以计算 里面的向量么?只要满足对 里面所有的向量(此处用 )都可以这么写:
这个变换就叫做linear transformation
,比如我们以刚刚那个 变成 的变换举个例子。我们随便从 也就是 取两个vector
, 分别是 和 当然 。然后你看, , , 加起来就是 你看就是 对吧。同理对第二个式子也成立,所以这个把一个向量里面每个值都乘以2的这个Transformation
,就是一个Linear Transformation
。
Linear Transformation
的本质
对于向量运算来说
这就涉及到为什么书上不这么说了,因为只是对于向量来说每一个
T
就是可以等价为一个矩阵,但是毕竟我们的Space
不一定是矩阵呀。所以才要用一个抽象的T
来代替。你需要把T
理解为一种运算
,矩阵只是一种其中一种针对vector
的运算。
毕竟你说一个
Matrix
乘一个vector
变成另外一个vector
这个不就和 一个数x
在函数f(x)
作用下变成y
一个意思么?对吧。所以一个T
也可以理解为一个function
我们就从这个角度开始看接下来的东西,首先解释一下为什么就是一个矩阵,pdf
上P77
(书上P65
)有一个 Example
,如下:
当然这道题是让你证明这个Transformation
是Linear
的。你看呀,这个是一个二维vector
到二维vector
的变换对吧。我们假设有个向量 ,那么这个Transformation
等价于在这个vector
之前给他乘以了一个矩阵:
你看是不是,把 变成 然后把 变成 是吧。于是,所有的Linear Transformation
都本质上是一个Matrix
!
比如,针对下图的几个Transformation
:
其中T
不久分别是
所以!以后看到Linear Transformation
就可以想到这是一个Matrix
!
这个中文叫做零空间
,不过这个不重要。这个Null Space
是干嘛的呢,就是对一个Linear Transformation
T
假设有一个 vector
都可以有 也就是说 所有被这个T
变换之后等于零向量 的所有 的Space
,就叫做 Null Space
。例如:
就用上面那个Example-1
的例子:
此时假设 然后列方程:
算出来 所以这个方程只有一个解,也就是 所以这时候,说明 T
的解空间就只有一个值 此时这个只有一个 0
的空间的维数 毫无疑问就是 0
。这里记作T
的Null Space
是
这个中文叫作值域
,一个Linear Transformation
的Range
,也就是一个Matrix
的Range
。
不是 么,其中对所有的 ,所有的 span
的space
就是这个 T
的 Range
。 Range
是一个 Space
。记作 。比如,
其中 是 的一组
basis
,那么这些basis
不是经过T
的变换变成了 了么?这些作为basis ``span
的一个新的space
就叫做T
的Range
。
刚刚我们说到零空间
Null Space
对吧,这个是一个 Space
所以是有 Dimension
维数
的是吧。那么这个 Null Space
的 Dimension
就是叫做 Nullity
中文叫做 零化度
。记作
刚刚我们说到值域
Range
对吧,这个也是要给 Space
所以也是有 Dimension
维数
的,于是 Null Space
的 Dimension
就是叫做 Rank
中文叫做 秩
。 记作
这个中文叫做 秩-零化度定理
,解释的就是上面几个概念之间的联系。
这句话翻译一下就是: 一个变换
零空间
的维数
+ 这个变换
值域
的 维数
等于 这个变换
作用的Vector Space
的维数
。
下面我们针对上面的Dimension Theorem
举一个小例子。
比如就是很简单的的一个变换 (三维向量 到 三维向量),这个变换的作用是使得
第一步:由于 所以 这个是肯定的对吧。
第二步:求Null Space
和 Nullity
可以得出:
其中 可以是任何实数,所以这个Null Space
就是 所包含的所有向量的Space
这是一个一维Vector Space
因为这个Space
的Basis
的数量就1
因为这里面所有的vector
都是由 span
而成的。
所以
第三步:求Range
对于 其中一组basis
可以是
经过 T
变换后得到
这3个vector
是我们要求的range
的一个basis
但是我们注意到
所以实际上这个 range
的 的一个 basis
只需要是
因为这个range
的basis
的数量就是2
因为这个 space
里面所有 vector
都是由 上面两个vector
span
而成的。
所以
综上,你看这个Example
里面的3
个红色的部分:
是不是 ?