第四节矩阵分块法
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第四节 矩阵分块法内容分布图示★ 矩阵的分块 ★ 例1 ★ 例2 ★ 分块矩阵的运算规则★ 例3 ★ 例4 ★ 例5 ★ 例6 ★ 例7★ 分块矩阵的其它运算规则★ 例8 ★ 例9 ★ 例10 ★ 例11 ★ 克莱姆法则的证明 ★ 内容小结 ★ 课堂练习 ★ 习题2-4★ 返回内容要点:一、分块矩阵的概念对于行数和列数较高的矩阵, 为了简化运算,经常采用分块法,使大矩阵的运算化成若干小矩阵间的运算,同时也使原矩阵的结构显得简单而清晰. 具体做法是:将大矩阵用若干条纵线和横线分成多个小矩阵. 每个小矩阵称为A 的子块, 以子块为元素的形式上的矩阵称为分块矩阵.矩阵的分块有多种方式,可根据具体需要而定注:一个矩阵也可看作以n m ⨯个元素为1阶子块的分块矩阵.二、分块矩阵的运算分块矩阵的运算与普通矩阵的运算规则相似. 分块时要注意,运算的两矩阵按块能运算,并且参与运算的子块也能运算,即,内外都能运算.1. 设矩阵A 与B 的行数相同、列数相同,采用相同的分块法, 若,,11111111⎪⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛=⎪⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛=st s t st s t B B B B B A A A A A其中ij A 与ij B 的行数相同、列数相同, 则.11111111⎪⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛++++=+st st s s t t B A B A B A B A B A2.设,1111⎪⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛=st s t A A A A Ak 为数, 则.1111⎪⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛=st s t kA kA kA kA kA 3.设A 为l m ⨯矩阵, B 为n l ⨯矩阵, 分块成,,11111111⎪⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛=⎪⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛=tr t r st s t B B B B B A A A A A其中pt p p A A A ,,,21 的列数分别等于tq q q B B B ,,,21 的行数, 则,1111⎪⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛=sr s r C C C C AB其中).,,2,1;,,2,1(1r q s p B A C tk kqpk pq ===∑=4. 分块矩阵的转置设,1111⎪⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛=st s t A A A A A 则.1111⎪⎪⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛=T st T t T s T TA A A A A5. 设A 为n 阶矩阵, 若A 的分块矩阵只有在对角线上有非零子块, 其余子块都为零矩阵, 且在对角线上的子块都是方阵, 即⎪⎪⎪⎪⎪⎭⎫⎝⎛=s A O A O A A21, 其中),,2,1(s i A i =都是方阵, 则称A 为分块对角矩阵.分块对角矩阵具有以下性质:(1) 若 ),,2,1(0||s i A i =≠,则0||≠A ,且|;|||||||21s A A A A = (2) .112111⎪⎪⎪⎪⎪⎭⎫⎝⎛=----s A O A O A A(3) 同结构的对角分块矩阵的和、差、积、商仍是对角分块矩阵. 且运算表现为对应子块的运算。
第四节 分块矩阵一:矩阵的分块及分块矩阵的定义把一个大矩阵看成是由一些小矩阵组成的,就如矩阵是由一些数组成的一样,在运算中,把这些小矩阵当作数一样来处理,这就是所谓矩阵的分块,把每一小矩阵称为原矩阵的子块,分成子块的矩阵叫分块矩阵 。
例⎪⎪⎪⎪⎪⎭⎫⎝⎛------=⎪⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛=013|00132|10321|01013001321032101A ⎪⎪⎭⎫⎝⎛=22211211A A A A 其中⎪⎪⎭⎫⎝⎛=100111A ,⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛=13 322112A ,()0021=A ,()01322=A⎪⎪⎪⎪⎪⎭⎫⎝⎛-------=⎪⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛=0|13|001|32|103|21|01013001321032101A =⎪⎪⎭⎫⎝⎛232221131211B B B B B B 其中⎪⎪⎭⎫⎝⎛=100111B ,⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛=322112B ,⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛=1313B ,()0021=B ,()1322=B ,()023=B 故同一矩阵可用不同的方法进行分块。
主要目的还是把零矩阵、单位矩阵分出来、或把整个矩阵尽可能化为分块对角阵。
二 矩阵的分块与矩阵的加法和数乘运算 (一)矩阵的分块与矩阵的加法1:矩阵的加法对矩阵的分块的要求:两个矩阵分法必须一致。
2:运算:对应子块相加。
⎪⎪⎪⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛mn m m n n A A A A A A A A A 212222111211±⎪⎪⎪⎪⎪⎭⎫⎝⎛mn m m n n B B B B B B B B B212222111211= ⎪⎪⎪⎪⎪⎭⎫⎝⎛±±±±±±±±±mn mn m m m m n n n n B A B A BA B A B A B A B A B A B A221122222221211112121111(二)矩阵的分块与矩阵数乘1:矩阵的数乘对矩阵的分块的要求:无要求2:运算:A λ=λ⎪⎪⎪⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛mn m m n n A A A A A A A A A212222111211=⎪⎪⎪⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛mn m m n n A A A A A A A A A λλλλλλλλλ 212222111211 三:矩阵的分块与矩阵乘法(一):矩阵的乘法对矩阵的分块的要求:一般地,若A 和B 可乘,将A ,B 分别表示成分块矩阵作乘法时,要求A 的列的分法与B 的行的分法必须一致,以保证除了分块矩阵可乘,而且各子块间的运算也可行,而对A 的行的分法及B 的列的分法没有限制。