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特徵值算法

特徵值算法是用於找到一個矩陣的特徵值和特徵向量的數學方法。這些算法包括:

特徵值方程法。這種方法假設有一個n階方陣A,如果存在一個非零向量X,使得AX=λX,那麼λ是A的特徵值,X是對應的特徵向量。特徵值方程可以表示為det(A-λI)=0,其中I是n階單位矩陣。通過求解這個方程,我們可以獲得矩陣A的所有特徵值。

疊代法。這是一種逐步逼近特徵值和特徵向量的方法。它基於特徵值的性質,通過不斷疊代運算來逼近精確解。常見的疊代方法包括冪法反冪法雅可比疊代等。疊代法的優點是可以處理大型稀疏矩陣,但收斂速度較慢。

特徵向量法。利用特徵向量可相似變換的性質,將矩陣轉化為一個對角矩陣。通過相似矩陣的變換,可以保持特徵值不變,同時得到對應的特徵向量。

特徵值分解。將矩陣A分解為A=PDP^(-1),其中D是由A的特徵值構成的對角矩陣,P是由A的特徵向量構成的矩陣。求特徵值的方法即為求解特徵方程det(A-λI)=0,其中λ表示特徵值。

冪疊代法。從一個非零向量x出發,反覆計算Ax,將結果歸一化,得到新的向量x'。重複該過程直到收斂,最終x'逼近矩陣A的特徵向量,特徵值則通過Rayleigh商來逼近。

QR方法。通過不斷進行QR分解來求解特徵值。首先,將矩陣A分解為A=QR,其中Q為正交矩陣,R為上三角矩陣。然後,將RQ得到A',繼續進行QR分解,得到A'',依次類推,直到A的對角線元素足夠接近特徵值。