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Linear-Transformation-and-its-Matrix-Form-线性变换及其矩阵表示

参考书:[Introduction to Linear Algebra]

概念汇总

这一节内容真实非常奇妙啊,简直是线代精华,用线代可以描述世间万物。空间、基、坐标表示、线性变换这四个术语息息相关,这里来阐述其关系。

  • 空间
    这个很好理解,从小我们就知道:点,线,面,体。这就对应着`0维、1维、2维、3维`空间,我们所处的就是三维空间。**(PS:三体中的二向箔,莫非就是说明了宇宙是数字化出来的,歌者实则为编程人员,其甩出的二向箔,就是对宇宙(矩阵表示)的一部分进行了三维到二维的一个线性变化: linear transformation? interesting…)**
  • 既然我们有了空间的概念,那么我们如何表示这个空间呢?`基(basis)`就此出现了,可以理解为:**空间的基础**,即空间的任何一个位置,我们都可以用`基的线性组合`来表示。比如在我们三维空间里面,一个`standard basis`就是`b1(1,0,0) b2(0,1,0) b3(0,0,1)`,任何一个位置`v`我们都可以用`v = α*b1 + β*b2 + Γ*b3`来表示。**需要注意的是,我们对基的选择是非常自由的,如我们将列向量作为基写成矩阵ANxN,R(A)=N,那么这些列向量就可以作为这个N维空间的基。**
  • 坐标表示
    我们平时所画的那个三维坐标轴x,y,z笛卡尔坐标系。常用3个数字来表述一个位置,如`p1=(12,34,56)`。这实则用完整的语言表述是:**p1点,在基`b1(1,0,0) b2(0,1,0) b3(0,0,1)`所表示的三维空间下的坐标为(12,34,56)**,用矩阵的表述语言如。**同一空间下相同的点,在不同的基下其坐标表示会不一样。**
  • 线性变换 (Linear Transformation)
    线性变换的定义就不再赘述了,[1](https://raw.githubusercontent.com/GiganticRay/lei.Blog.File/master/Picture/Linear_Transformation/%E5%9D%90%E6%A0%87%E4%B8%8E%E5%9F%BA.png)中`P405`提出:**任何从V=Rn到W=Rm的线性变换,都对应着其矩阵表达。**(V是n维输入空间,W是m维输出空间。)
  • 既然我们有了空间的概念,那么我们如何表示这个空间呢?基(basis)就此出现了,可以理解为:空间的基础,即空间的任何一个位置,我们都可以用基的线性组合来表示。比如在我们三维空间里面,一个standard basis就是b1(1,0,0) b2(0,1,0) b3(0,0,1),任何一个位置v我们都可以用v = α*b1 + β*b2 + Γ*b3来表示。需要注意的是,我们对基的选择是非常自由的,如我们将列向量作为基写成矩阵ANxN,R(A)=N,那么这些列向量就可以作为这个N维空间的基。

    线性变换的定义就不再赘述了,1P405提出:任何从V=Rn到W=Rm的线性变换,都对应着其矩阵表达。(V是n维输入空间,W是m维输出空间。)

    思考问题:
    从V=Rn到W=Rm的线性变换的矩阵表达A是唯一的吗?
    answer: 不是唯一的,变换肯定是在空间中进行的,而无关于基的选择。基的选择会确定该变换矩阵表达A。
    解释:我们用顺时针旋转90度来举例子,V=R2到W=R2,那么,不管我们怎么选择V=(v1,v2)与W=(w1,w2),顺时针旋转90始终表示顺时针旋转。只是我们对基的选择,会决定该变换的矩阵表达A。

  • 基变换矩阵
    这个其实相当于特殊的线性变换,即**Basisin -> Basisout的identitic transformation**。说人话就是,我们只变换一下空间的基的表示而已。我们以[1](https://raw.githubusercontent.com/GiganticRay/lei.Blog.File/master/Picture/Linear_Transformation/%E5%9D%90%E6%A0%87%E4%B8%8E%E5%9F%BA.png)中**p412**举例。


  • 如何选择**好的基**,使得该变换T在这组input basis与output basis下的矩阵表示比较简单?
    待续…
  • 待续…