Нахождение квадратного корня из матрицы Лапласа


11

Предположим следующую матрицу дается [ 0,500 - 0,333 - 0,167 - 0,500 0,667 - 0,167 - 0,500 - 0,333 0,833 ] с транспонированной T . Продукт A T A = G дает [ 0,750 - 0,334 - 0,417 - 0,334 0,667 - 0,333 - 0,417 - 0,333 0,750 ] ,A

[0.500−0.333−0.167−0.5000.667−0.167−0.500−0.3330.833]
ATATA=G
[0.750−0.334−0.417−0.3340.667−0.333−0.417−0.3330.750]

где - матрица Лапласа . Заметим , что матрицы A и G имеют ранга 2, с нулевым собственным значением , соответствующим собственным вектором 1 п = [ 1 1 1 ] T .GAG1n=[111]T

Интересно, каким был бы способ получить если бы дали только Г ? Я попытался eigendecomposition G = U E U T , а затем установить ' = U E 1 / 2 , но получается другой результат. Я думаю, это связано с недостатком ранга. Может кто-нибудь объяснить это? Ясно, что приведенный выше пример для иллюстрации; Вы могли бы рассмотреть общее разложение Лапласа матрицы вышеупомянутой формы.AGG=UEUTA′=UE1/2


Так как, например, разложение Холецкого можно использовать для нахождения , разложение на G может дать много решений. Меня интересует решение, которое можно выразить как A = ( I - 1 n w T ) , где I - единичная матрица 3 × 3 , 1 n = [ 1 1 1 ] , а w - некоторый вектор, удовлетворяющий w T 1 n = 1G=LLTG

A=(I−1nwT),
I3×31n=[1 1 1]wwT1n=1, Если это упрощает ситуацию, вы можете предположить, что записи неотрицательны.w

Я думаю, что комментарий, который вы добавили о представлении , только частично полезен. Предполагается, что существует ровно одно собственное значение, равное нулю, но недетерминированность всегда присутствует, не так ли? A
— Вольфганг Бангерт

@WolfgangBangerth Я пытаюсь выяснить значение слова «недетерминированность». Если это , то имеет место для приведенного выше примера, и я не уверен , если она может быть обобщена на А = я - 1 п ж Т . Однако, за исключением n = 3 , я сомневаюсь, что решение будет существовать всегда. det(A)=0A=I−1nwTn=3
— Usero

Нет, я имел в виду, что решение вашей проблемы не определено однозначно. Я указывал на тот факт, что то, имеет ли матрица нулевое собственное значение или нет, на самом деле не меняет того факта, что проблема квадратного корня не имеет единственного решения.
— Вольфганг Бангерт

Ответы:


11

G=ATAλ0≤λ1≤…≤λnG∈Rn×nλ0=0G

A=[0001],
A=[0001]=[00sin⁡θcos⁡θ][0sin⁡θ0cos⁡θ]=LLT.

GGAG∈R4×4

G=[3−1−1−1−1100−1010−1001]
AmnAm×n
Aev={1if e=(v,w) and v<w−1if e=(v,w) and v>w0otherwise,
e=(v,w)vwG
A=[1−10010−10100−1],
G=ATAGAG

Обновить:

NMGG=N−M

G=[3000010000100001]−[0111100010001000].
GAA
Aev={1if e=(v,w) and v<w−1if e=(v,w) and v>w0otherwise,.
e1v1v2Ae1,v1v1v2v<wAevAe1,v1=1Ae1,v2=−1A
A=v1v2v3v4e11−100e210−10e3100−1.

GrVE

w:V×V→R+,
uvw(u,v)u∈Vu
du=∑v∈Vw(u,v).
GrAd(Gr)n×nVw(u,v)D(Gr)VG
G=D(Gr)−Ad(Gr).

G=[34−13−512−1323−13−512−1334].
GG=ATAAA=I−1nwTwT1n=1AAAd(Gr)G
G=[5400010001112]−[12135121313135121316]=D(Gr)−Ad(Gr).

v1v2v31/21/31/6w[12 13 16]TA
A=I−1nwT=[12−13−16−1223−16−12−1356].

A


AGO(n2)G

GG

AG

AG

1
GA=I−1nwTGG=ATA=(I−1nwT)T(I−1nwT)

9

AB

B2=A,

C

CHC=A,

C↦QCQ

Наконец, можно конструктивно определить уникальный квадратный корень матрицы эрмитовой положительной полуопределенной матрицы посредством ее разложения по собственным значениям, скажем,

A=UΛUH,

UΛA

B=UΛUH.

A

6

G=ATA.
GGG=LTLA=LAGи если вы хотите иметь один конкретный вопрос, вам нужно перефразировать вопрос таким образом, чтобы указать структурные свойства "ветви" квадратного корня, который вас интересует.

Я бы сказал, что эта ситуация не отличается от получения квадратного корня среди действительных чисел с использованием комплексных чисел: там, как правило, тоже есть два корня, и вы должны сказать, какой из них вы хотите сделать ответ уникальным.


Ты определенно прав. Другим способом был бы подход спектральной декомпозиции, как я утверждаю выше. Я сделал правку, чтобы сделать решение уникальным. Надеюсь, это не усложнит ситуацию.
— Usero

Всегда ли существует решение с приведенным выше ограничением? Возможно, это справедливо только в некоторых случаях, а не в целом.
— Usero

На самом деле, Холецкий не работает в его случае, поскольку он (по существу) требует, чтобы матрица была эрмитовой положительно определенной.
— Джек Полсон,

4

LDLTD^=DG=LD^


LDLT

1
@JackPoulson Я пробую особую матрицу A в matlab и запускаю ldl, все работает. Нулевые собственные значения соответствуют нулям на диагонали D.
— Уиллоубрук

2
LDLTPAP′=LDLTD2×2
Используя наш сайт, вы подтверждаете, что прочитали и поняли нашу Политику в отношении файлов cookie и Политику конфиденциальности.
Licensed under cc by-sa 3.0 with attribution required.