线性计算方法
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8.2 线性变换的运算V 是数域F 上的向量空间,用()L V 表示数域F 上向量空间V 的一切线性变换所成的集合.我们将在()L V 中引进加法、数乘和乘法.如何研究线性变换:注10第一个手段是对某空间V 的全体线性变换的集合()L V 引进运算:加法、数乘和乘法。
这样()L V 构成F 上的向量空间。
我们可以利用这些运算来研究线性变换。
20第二个手段。
在空间给定一个基,在该基下引入线性变换的矩阵,从而把空间的几何对象“线性变换”与数量对象“矩阵”进行了对应。
在解析几何中,点与坐标的对应称为“形”“数”转换,现在的线性变换与矩阵的对应是更广义的“形”“数”转换。
这种转换有两方面的好处:一方面可把向量空间与线性变换的一些问题转换为数字计算的问题;另一方面可把一些数量关系的问题联系上空间的性质(如线性变换的性质)而得到解决。
一、加法及其算律定义8.2.1 设()L V στ∈,,对于V 的每一向量ξ,令()()+στξξ与之对应,这样得到V 的一个变换,叫做σ与τ的和,记作+στ,即+στ:()()+στξξξ或()()()()+=+στστξξξ.求σ与τ的和的运算叫做σ与τ的加法.注10先定义和,再定义加法,()()+στξξ是V 中的向量。
+στ应看做一个整体,代表V 的一个新变换。
例8.2.1 设向量空间3F 的两个线性变换,对任意的()3123=x x x F ∈,,ξ,规定: ()()1231212=+x x x x x x x σ,,,,,()()123123312=+0x x x x x x x x x τ---,,,,,则()()()12312323=2x x x x x x x x στ+-,,+,,.命题1 V 的线性变换σ,τ的和+στ也是V 的一个线性变换.即()L V στ∀∈,,()+L V στ∈。
事实上,对任意的a b F ∈,,V ∈,ξη,()()()()()()()()()()()()()()()()()()()()+=.a b a b a b a b a b a b a b a b στστσσττστστστστστστ+=+=+⎡⎤⎡⎤⎣⎦⎣⎦=+⎡⎤⎡⎤⎣⎦⎣⎦=+⎡⎤⎡⎤⎣⎦⎣⎦+++++++++++ξηξηξηξηξηξξηηξξηηξη所以+στ是V 的一个线性变换.容易证明,线性变换的加法满足交换律和结合律.对任意的()L V ρστ∈,,,(1)+=+σττσ;(2)()()++=++ρστρστ;(3)令θ表示V 的零变换,对任意的()L V σ∈,有+=θσσ;(4)设()L V σ∈,σ的负变换σ-是指V 到自身的映射()σσ--:ξξ.σ-也是V 的线性变换,并且()+σσθ-=.命题2 σ-也是V 的线性变换。
计算n 阶行列式的若干方法举例n 阶行列式的计算方法很多,除非零元素较多时可利用定义计算(①按照某一列或某一行展开②完全展开式)外,更多的是利用行列式的性质计算,特别要注意观察所求题目的特点,灵活选用方法,值得注意的是,同一个行列式,有时会有不同的求解方法。
下面介绍几种常用的方法,并举例说明。
1.利用行列式定义直接计算 例1 计算行列式001002001000000n D n n=-解 D n 中不为零的项用一般形式表示为112211!n n n nn a a a a n ---=.该项列标排列的逆序数t (n -1 n -2…1n )等于(1)(2)2n n --,故(1)(2)2(1)!.n n n D n --=-2.利用行列式的性质计算例2 一个n 阶行列式n ijD a =的元素满足,,1,2,,,ij ji a a i j n =-=则称D n 为反对称行列式,证明:奇数阶反对称行列式为零. 证明:由i j j i a a =-知i i i ia a =-,即 0,1,2,,ii a i n ==故行列式D n 可表示为1213112232132331230000n n n nnnna a a a a a D a a a a a a -=-----由行列式的性质A A '=1213112232132331230000n n nn nnn a a a a a a D a a a a a a -----=- 12131122321323312300(1)0n n n n nnna a a a a a a a a a a a -=------ (1)n n D =-当n 为奇数时,得D n =-D n ,因而得D n = 0.3.化为三角形行列式若能把一个行列式经过适当变换化为三角形,其结果为行列式主对角线上元素的乘积。
因此化三角形是行列式计算中的一个重要方法。
例3 计算n 阶行列式a b b b ba b b D bb a bbbba=解:这个行列式的特点是每行(列)元素的和均相等,根据行列式的性质,把第2,3,…,n 列都加到第1列上,行列式不变,得(1)(1)(1)(1)a n b b b b a n b a b bD a n bb a b a n bb b a+-+-=+-+- 11[(1)]11b b b a b b a n b b a b b ba =+- 100[(1)]00b bb a b a n b a b a b-=+--- 1[(1)]()n a n b a b -=+--4.降阶法降阶法是按某一行(或一列)展开行列式,这样可以降低一阶,更一般地是用拉普拉斯定理,这样可以降低多阶,为了使运算更加简便,往往是先利用列式的性质化简,使行列式中有较多的零出现,然后再展开。
数学权重计算公式数学权重计算公式是指在一个数据集中,对每个数据进行加权处理,以反映其重要性或优先级的一种计算方法。
一般来说,权重计算公式可以分为线性和非线性两种。
下面分别介绍这两种计算方法。
1.线性计算方法线性计算方法是指将每个数据按照其重要性或优先级进行排序,并分配一个权重系数,最终得出每个数据的权重值。
其数学公式如下:权重值= 数据值×权重系数其中,数据值是指某个数据在数据集中的具体数值,权重系数是指在数据集中,与该数据的重要性或优先级成正比的一个系数。
例如,一个学生的综合评价,可以采用成绩、参加活动等多种指标来进行评估。
以成绩为例,若A同学数学成绩为80分,而B同学数学成绩为90分,那么可以给A同学的数学成绩分配一个权重系数K1,给B同学的数学成绩分配一个权重系数K2,以此来反映两位同学数学成绩的重要性不同。
最后,通过计算每位学生的综合评价权重值,可以得出一个相对准确的评价结果。
2.非线性计算方法非线性计算方法是指在权重计算中,引入一些非线性的因素,以更好地反映实际情况。
其数学公式可以有多种,具体取决于所选用的非线性因素。
下面以指数函数为例,介绍一种常用的非线性权重计算方法:权重值= 指数函数(数据值×指数参数)其中,指数函数是指y = e^x,即以自然常数e为底数的指数函数,数据值和指数参数的含义同上。
例如,在进行股票投资决策时,我们可以考虑股票的价格、市盈率、市净率等多种指标。
以股票价格为例,若目前某股票的价格为100元,而其市盈率为10倍,市净率为2倍,那么可以给价格、市盈率、市净率分别分配一个指数参数k1、k2、k3,以此来反映这三个指标的重要性不同。
最后,通过计算每支股票综合评价的非线性权重值,可以得出一个更加准确的投资决策。
线性角度计算公式在数学中,线性角度是指两条直线之间的夹角。
线性角度的计算是一项基本的几何运算,它在实际生活中有着广泛的应用。
本文将介绍线性角度的计算公式及其应用。
线性角度的计算公式如下:cos(θ) = (A·B) / (|A|·|B|)。
其中,θ表示两条直线的夹角,A和B分别表示两条直线的向量。
在这个公式中,|A|和|B|分别表示向量A和B的模长,A·B表示向量A和B的点积。
线性角度的计算步骤如下:1. 计算向量A和B的点积A·B。
2. 计算向量A和B的模长|A|和|B|。
3. 将点积A·B除以模长|A|和|B|的乘积,得到cos(θ)。
4. 最后,通过反余弦函数,即可得到线性角度θ的数值。
线性角度的计算公式可以帮助我们准确地计算两条直线之间的夹角,从而在实际生活中得到广泛的应用。
下面我们将介绍一些线性角度计算公式的应用。
1. 工程测量。
在线性角度计算中,工程测量是一个重要的应用领域。
在建筑、道路、桥梁等工程项目中,需要准确地测量各个构件之间的夹角,以确保工程的准确性和稳定性。
线性角度计算公式可以帮助工程师们准确地计算各个构件之间的夹角,从而保证工程的质量。
2. 机械设计。
在机械设计中,线性角度计算公式也有着重要的应用。
例如,在机械零件的设计中,需要准确地计算各个零件之间的夹角,以确保机械设备的正常运转。
线性角度计算公式可以帮助机械工程师们准确地计算各个零件之间的夹角,从而保证机械设备的正常运转。
3. 地图制图。
在地图制图中,线性角度计算公式也有着广泛的应用。
地图制图需要准确地测量各个地理要素之间的夹角,以确保地图的准确性和可读性。
线性角度计算公式可以帮助地图制图师们准确地计算各个地理要素之间的夹角,从而保证地图的准确性和可读性。
4. 物理学。
在物理学中,线性角度计算公式也有着重要的应用。
例如,在力学中,需要准确地计算各个力之间的夹角,以确保物体的平衡和稳定。
60到100线性得分计算公式正在传授,考评,测验知识等方面,以60到100线性得分计算公式作为指标,最近广受欢迎。
针对对60到100线性得分的散乱情况,本文将从统计学的角度深入研究。
首先,要讨论60到100线性得分计算公式,需要先明确相关术语。
这个公式是一种用于计算总分的规则,每种类型的考试、测验和考核都有相应的总分,这个总分也就是60到100线性得分。
这个公式采用线性结构,其中总分是按比例计算出来的,这里的比例被称为“线性系数”(linear coefficient)。
其次,60到100线性得分计算公式有三种方法,分别是求和法、比例法和函数法。
(1)求和法:求和法是最常用的60到100线性得分计算方法,是指将考试、测验和考核的每一项分数相加,再乘以线性系数来计算总分。
(2)比例法:比例法是指每一项考试、测验和考核的得分按照一定的比例来分配总分,再乘以线性系数来计算最终总分。
(3)函数法:函数法是指将考试、测验和考核的每一项分数用函数表示,各项分数的函数值相乘,然后再乘以线性系数来计算总分。
此外,60到100线性得分计算还受到经济学原理的影响,此时考试、测验和考核的分数,可以看作是由一组有限多变量组成的经济系统,分数的变化可以看作经济系统的变化。
经济学原理可以用来研究60到100线性得分模型中的问题,以找出更好的解决方案。
最后,60到100线性得分计算的最终结果不仅受到统计学规则的影响,也受到经济学原理的影响,因此,使用60到100线性得分计算公式时,要尽量考虑到统计学规则和经济学原理的影响,同时努力使结果能够更准确地反映实际情况。
总之,60到100线性得分计算公式是以统计学规则和经济学原理为基础,以求和法、比例法和函数法为基本方法,用于计算考试、测验和考核总分的一种计算方法,目的是使结果更加精确地反映实际情况,以更好地反映考试、测验和考核的分数情况。
线性代数行列式计算方法总结1. 引言行列式是线性代数中的重要概念,用于描述线性方程组的性质以及向量空间的基本性质。
在实际应用中,行列式计算是非常常见的操作。
本文将总结常用的线性代数行列式计算方法,并通过具体的例子进行说明。
2. 行列式的定义行列式是一个将矩阵映射为一个标量的函数。
设A为一个n阶方阵,则其行列式记作|A|,它由元素a_ij组成的n×n矩阵所决定。
行列式的计算方法有多种,下面将介绍其中几种常用的方法。
3. 基本行列变换法基本行列变换法是求解行列式值的一种常见方法。
它包括以下三种基本行列变换:3.1 行交换行交换是将两行互换位置的操作。
当行交换次数为偶数次时,行列式的值保持不变;当行交换次数为奇数次时,行列式的值取负。
例如,对于一个3×3矩阵 A:A = [a b c][d e f][g h i]如果我们交换第一行和第三行,得到矩阵 B:B = [g h i][d e f][a b c]则有 |A| = -|B|。
3.2 行倍加行倍加是将某一行乘以一个非零常数,并加到另一行上去的操作。
行倍加不改变行列式的值。
例如,对于一个3×3矩阵 A:A = [a b c][d e f][g h i]如果我们将第一行的2倍加到第二行上,得到矩阵 C:C = [a b c][2a+e 2b+f 2c+f][g h i]则有 |A| = |C|。
3.3 行倍乘行倍乘是将某一行乘以一个非零常数的操作。
行倍乘改变行列式的值。
例如,对于一个3×3矩阵 A:A = [a b c][d e f][g h i]如果我们将第三行乘以2,得到矩阵 D:D = [a b c][d e f][2g 2h 2i]则有 |A| = 2|D|。
4. Laplace展开法Laplace展开法是求解行列式值的另一种常用方法。
它基于以下原理:设A是一个n阶方阵,将A的第i行第j列的元素记为a_ij,则A的行列式可展开为a_ij 与其余元素构成的n-1阶矩阵的行列式的代数余子式之和。
线性代数四阶行列式计算方法1 线性代数四阶行列式计算线性代数四阶行列式是解决线性代数复杂问题的一种重要技术,它可以用于表达复杂关系中各种变量之间的联系,是线性代数学习中基础知识之一。
行列式,顾名思义,就是一种用行和列表示的表格,其中各个元素间有特殊的计算公式,可以帮助解决线性代数复杂的问题。
四阶行列式计算就是结合四个相关变量,通过给出正确的计算公式,求出此四个变量之间的关系的技术。
2 计算步骤给出形如 \(A_{ij}\) (i,j=1,2,3,4) 的四阶行列式,需要先确定计算公式,计算步骤如下:(1)先确定行列式\(A_{ij}\) 第i行第j列所对应的因子,符号为\(a_{ij}\);(2)根据四阶线性代数四阶行列式的展开式计算公式\(|A_{ij}| = \sum_{i=1}^{4}a_{ij}A_{i1,i2,i3,i4}\),其中每行代表一个行列式子式 \(A_{i1,i2,i3,i4}\);(3)计算每一个子式,再将符号\(a_{ij}\)乘以它所对应的子式,最后之后相加求得线性代数四阶行列式计算结果;(4)完成计算。
3 求解实例以求解线性代数四阶行列式\(A_{ij}=\begin{bmatrix}a_{11}&a_{12}&a_{13}&a_{14}\\a_{21}&a _{22}&a_{23}&a_{24}\\a_{31}&a_{32}&a_{33}&a_{34}\\a_{41}&a_{4 2}&a_{43}&a_{44}\end{bmatrix}\)为例,用上文提到的\(|A_{ij}| = \sum_{i=1}^{4}a_{ij}A_{i1,i2,i3,i4}\)的计算公式,结合该行列式的具体值,例如\(a_{11}=3, a_{12}=7, a_{13}=1,a_{14}=4,a_{21}=4, a_{22}=6, a_{23}=2, a_{24}=1, a_{31}=2,a_{32}=5, a_{33}=7, a_{34}=-3, a_{41}=5, a_{42}=1, a_{43}=3, a_{44}=2\),可以得到下式,\(|A_{ij}| = 3\begin{vmatrix}6&2&1\\5&7&-3\\1&3&2\end{vmatrix}+7\begin{vmatrix}4&1&4\\2&7&-3\\5&3&2\end{vmatrix}+1\begin{vmatrix}4&6&4\\2&5&-3\\5&1&2\end{vmatrix}+4\begin{vmatrix}4&6&2\\2&5&7\\5&1&3\end {vmatrix}\)由此可知,线性代数四阶行列式\(A_{ij}\)的值为\(|A_{ij}| = 108\)。
第八章线性相关前面着重于描述某一变量的统计特征或比较该变量的组间差别两个随机变量之间的关系:如体重与肺活量、年龄与血压是否存在线性联系?正向还是负向?联系的程度?线性相关(linear correlation):线性联系?方向?程度?8.1 线性相关概念1.独立随机的双变量正态分布样本讨论两个变量X和Y的相关性。
样本:独立的、成对的观察值(x1,y1),(x2,y2),…,(x n,y n)第八章线性相关 2例8.1 为讨论父子身高间的线性相关程度,南方某地在应届中学毕业生花名册中随机抽取20名男生,分别测量他们和他们的父亲的身高(cm),得样本资料如表8.1所示。
表8.1 20对父子的身高(cm)数据问如何保证这是一份可供讨论线性相关的合格样本?解(1)随机抽取;(2)互相独立?2.散点图(scatter plot)线性相关3/17座标轴:分别表示两个变量;n个点:构成一幅散点图(图8.1)第八章线性相关 4图8.2 典型散点图线性相关 5/17图(a)和(c),正相关(positive correlation)图(b)和(d),负相关(negative correlation)图(e) 、(f) 、(g),Y 和X 无关联图 (h),可能存在曲线型联系。
通常所说的相关就是线性相关,(e)到(h)均属不相关对于不相关的情形,宜进一步澄清是否为曲线关系8.2 相 关 系 数Pearson 积矩相关系数(product-moment correlation coefficient) 对双变量正态分布变量X 和Y的方差)的方差(的协方差和相关系数)(Y Y X X (8.1)第八章 线性相关 6总体相关系数,记为ρρ=0,X 和Y 无线性相关或零相关(null correlaton)ρ >0, 正相关ρ <0, 负相关ρ=1或-1, 完全相关(罕见!)。
样本相关系数,记为r对于n 对随机样本,X 和Y 的样本协方差:11))((1-=---=∑=n l n y y x x Y X xyn i i i 的样本协方差和 (8.2)l xy :X 与Y 的离均差乘积和若所有离均差乘积平均后接近零,则表明部份个体的X 和Y 同方向,部份个体的X 和Y 反方向,总的说来,诸个体各循其道,杂线性相关 7/17乱无章相反,若离均差乘积平均后为正,且距零较远,则表明多数个体的X 和Y 同方向,即正相关;若离均差乘积平均后为负,且距零较远,则表明多数个体的X和Y 反方向,即负相关。
协方差的大小与X ,Y 的取值单位有关,不同问题中的协方差不可比较。
相关系数:X 和Y 分别标准化之后的协方差。
数值介于-1和+1之间,且没有单位])(1][)(1[))((1)()())((2112211211111221∑∑∑∑∑∑∑∑∑∑==========---=----==n i i n i i n i i n i i n i i n i i n i i i n i n i i i n i i i yy xx xy y n y x n x y x n y x y y x x y y x x l l l r(8.3)第八章 线性相关 8l xx : X 的离均差平方和 l yy :Y 的离均差平方和例8.2 试计算例8.1中父高X 和子高Y 的样本相关系数(假定系独立随机双正态样本)。
解∑=n i i x 1=3376, ∑=n i i y 1=3407, n =20 ∑=n i i x12=571728, ∑=n i i y 12=581081, ∑=ni i i y x 1=576161 由(8.3)式得到,9296.0)55.698)(2.1859(4.1059)20/3407581081)(20/3376571728(20/)3407)(3376(57616122==---=r 8.3 相关系数的统计推断样本相关系数r 只是总体相关系数ρ的一个估计值。
样本相关系数也存在变异性。
线性相关 9/17得到线性相关的描述统计量r 之后,还有必要对其所来自的总体进行统计推断。
1. 相关系数的假设检验H 0: ρ=0直接查r 界值表或 t 检验:rr s r t 0-= v =n -2 (8.4) 212--=n r s r (8.5) S r : 样本相关系数r 的标准差(也称标准误)。
例8.3 继例8.2中算得r =0.9296后,试检验相关是否具有统计学意义。
第八章 线性相关 10解 (1)直接查r 界值表可得到r 0.001,18 = 0.679, | r | >r 0.001,18,P <0.001,(2)t 检验H 0:ρ=0, H 1:ρ≠0,α=0.05。
7.102209296.019296.02=--=r t 查t 分布表,得到t 0.001,18=3.922。
显然|t r |>3.922,P <0.001。
故拒绝H 0,接受H 1,可以认为父子身高之间存在正相关关系。
与查表结论相同。
2. 相关系数的区间估计(1) 对样本相关系数r 作变换r z 1tanh -= 或 )11ln(21r r z -+= (8.6)(tanh为双曲正切函数,tanh-1为反双曲正切函数)tanh-的1-α置信区间(2) 按正态近似原理,得到ρ1) (8.7a)znuz-nu33(-+-,αα(8.7b)缩写为3z±nu-α(3) 上下限作反变换r=tanh z即可得到总体相关系数ρ的1-α置信区间。
例8.4 例8.2中样本相关系数r=0.9296,求总体相关系数ρ的95%置信区间。
解z=tanh-10.9296=1.6554ρ1tanh-的95%置信区间为1.6554=96.1(1.1800,2.1308)/20-±3将其上下限作反变换,得到总体相关系数ρ的95%置信区间为(0.8275,0.9722)8.4 等 级 相 关有时,原始数据并不服从正态分布或其总体分布未知; 数据中有“超限值”存在; 数据本身就是等级资料此时采用等级相关(rank correlation)或秩相关—非参数统计方法。
1. Spearman 等级相关(1)将n 对观察值X i 和Y i 分别由小到大编秩(数值相同时取平均秩次),以p i 表示X i 的秩次;q i 表示Y i 的秩次(2) d i =p i -q i(3) )1(61212--=∑=n n d r n i i s (8.8)假设检验 H 0:ρs =0, H 1:ρs ≠0当样本例数n 较小时,可用查表法(r s 界值表)如n>20,也可将r s直接代替式(8.4)和(8.5)中的r作t检验或查r界值表。
例8.5 肝癌病因研究,调查了10个乡肝癌死亡率(1/10万)与某种食物中黄曲霉毒素相对含量(以最高含量为10), 试作等级相关分析。
解表8.2 等级相关系数计算表编号(1)黄曲霉毒素肺癌死亡率X(相对含量)(2)秩次p(3)Y (1/10万)(4)秩次q(5)d(6)=(3)-(5)d 2(7)=(6)21 2 3 4 5 6 7 8 9 100.71.01.73.74.05.15.55.75.910.01234567891021.518.914.446.527.364.646.334.277.655.132174965108-22-31-313-12449191914合计42第⑶、⑸栏,若有观察值相同,则取平均秩次。
第⑹、⑺栏, 求每对秩次的差值d 、d 2和Σd 2按式(8.8)计算统计量r s7455.01010)42(613=--=s r 本例n =10,查r s 界值表,得0.02>P >0.01,按α=0.05水准拒绝H o ,可以认为黄曲霉毒素与肝癌死亡率间存在正相关。
2. 相同秩次较多时r s 的计算当 ,,21x x 和 ,,21y y 中存在相同秩次时,(8.8)式不再适用,应利用秩次i p 和i q 直接计算积矩相关系数。
当 ,,21x x 中不存在相同秩次以及 ,,21y y 中也不存在相同秩次时,这样算得的s r 和利用(8.8)式计算的结果完全一致。
3. r 与r s 的区别与联系区别: 积矩相关要求数据服从双变量正态分布,属于参数统计量;等级相关并不要求正态分布,属于非参数统计量。
8.5 线性相关分析的注意事项1.散点图的重要性并非任何有联系的两个变量都属线性联系。
如果从散点图可初步看出变量分布非正态,则应考虑作等级相关而不宜作积矩相关。
当散点图中出现异常点(outlier)时要慎重处理。
必要时可通过等级相关来减小异常点的不良影响2.变量取值非随机时莫作相关例如,为研究药物的剂量-反应关系,人们选定n种剂量,观察每种剂量下动物的反应;又如,摸索化学反应的适宜条件,人们选定几种温度,观察各温度下生成物的数量。
此时得到的数据就不是随机样本,即使按样本相关系数的公式计算,所得结果并不接近总体相关系数,而可能因人为选定变量值的范围不同而不同。
3.对相关的解释一定要结合专业背景,切不可把任意两个变量拉在一起盲目下结论。
例如,某人喜得贵子,庭前种一小树,每月测子高与树高,计算发现子高与树高间的相关有统计意义,难道两者真有内在联系?统计学上的关联性,不一定是因果联系。
样本足够大时绝对值较小的样本相关系数也易于得到较小的P值,有统计学意义并不一定反映相关就很密切.4.慎重合并分层资料图8.3 慎用相关的情形(a)异常值(b)、(c)、(d)分层资料。