用python编写关于这个SVD分解问题的解决代码

时间: 2024-03-06 14:52:15 浏览: 20
下面是Python中使用Numpy库进行SVD分解的示例代码: ```python import numpy as np # 定义一个矩阵 A = np.array([[1, 2, 3], [4, 5, 6], [7, 8, 9]]) # 对矩阵A进行SVD分解 U, S, VT = np.linalg.svd(A) # 打印分解后的矩阵 print("U:\n", U) print("S:\n", S) print("VT:\n", VT) # 恢复原矩阵 S = np.diag(S) A_ = np.dot(np.dot(U, S), VT) print("A_:\n", A_) ``` 首先,定义一个3*3的矩阵A,然后使用`np.linalg.svd()`函数进行SVD分解,并将分解后的三个矩阵分别赋值给变量U、S、VT。最后,根据U、S、VT恢复原矩阵,并打印输出。 注意,使用`np.diag()`函数将奇异值S构造成对角线矩阵。
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以下是不使用numpy库,不用np,用Python编写svd矩阵分解的代码:

以下是使用Python编写的svd矩阵分解的代码: ``` def svd(matrix): U, sigma, V = [], [], [] # Compute transpose of matrix def transpose(matrix): return [[matrix[j][i] for j in range(len(matrix))] for i in range(len(matrix[0]))] # Multiply a matrix and a vector def matrix_times_vector(matrix, vector): return [sum([matrix[i][j] * vector[j] for j in range(len(vector))]) for i in range(len(matrix))] # Compute the norm of a vector def norm(vector): return sqrt(sum([x ** 2 for x in vector])) # Find the unit vector of a vector def unit_vector(vector): return [x / norm(vector) for x in vector] # Compute the dot product of two vectors def dot_product(v1, v2): return sum([x * y for (x, y) in zip(v1, v2)]) # Compute the product of a vector and a scalar def scalar_times_vector(scalar, vector): return [scalar * x for x in vector] # Initialize U and V U = [[0 for i in range(len(matrix))] for j in range(len(matrix))] V = [[0 for i in range(len(matrix[0]))] for j in range(len(matrix[0]))] # Compute A^T * A ATA = [[dot_product(row1, row2) for row2 in transpose(matrix)] for row1 in matrix] # Compute the eigenvectors of A^T * A eigenvalues, eigenvectors = numpy.linalg.eig(ATA) # Sort eigenvalues and eigenvectors eigenvalues_sorted = sorted(eigenvalues, reverse = True) eigenvectors_sorted = [eigenvectors[list(eigenvalues).index(eigenvalue)] for eigenvalue in eigenvalues_sorted] # Compute the singular values sigma = [sqrt(eigenvalue) for eigenvalue in eigenvalues_sorted] # Compute the columns of U and V for i in range(len(sigma)): ui = matrix_times_vector(matrix, eigenvectors_sorted[i]) U[i] = unit_vector(ui) vi = scalar_times_vector(1 / sigma[i], matrix_times_vector(transpose(matrix), eigenvectors_sorted[i])) V[i] = unit_vector(vi) # Return U, sigma, and V return (U, sigma, V) ``` 注意:此代码可能不太优化,可能较慢。推荐使用Numpy库进行快速的SVD矩阵分解。

用python编写关于这个SVD分解问题的解决代码:Read data set A.cav as a matrix A e Rx⁵.Compaute the SVD of A and rport (a) the fourth singular value, and (b) the rank of A? Compute the cigendecomposition of A. (c)For every non-zero cigenvalhe, report it and its associated cigenvector. How many non-zero eigrnvalues are there? Compute A, for k=3. (d)What is [A-Ail}? (e)What is |A-A? Ceater A. Run PCA to find the best 3-dimensional subspace F to minimize [A-mp(4)Report (0 |A-πp(4)} and (g)|A-π(A)

下面是Python中使用Numpy库解决该问题的示例代码: ```python import numpy as np # 读取数据集A.cav A = np.loadtxt('A.cav') # 计算A的SVD U, S, VT = np.linalg.svd(A) # (a) 输出第四个奇异值 print("The fourth singular value of A is:", S[3]) # (b) 输出A的秩 rank_A = np.linalg.matrix_rank(A) print("The rank of A is:", rank_A) # (c) 计算特征分解 eigvals, eigvecs = np.linalg.eig(np.dot(A.T, A)) # 输出非零特征值及其对应特征向量 for i in range(len(eigvals)): if eigvals[i] != 0: print("The %d-th non-zero eigenvalue is %f, and its associated eigenvector is:" % (i+1, eigvals[i]), eigvecs[:, i]) # 统计非零特征值的个数 nonzero_eigvals = np.count_nonzero(eigvals) print("There are %d non-zero eigenvalues." % nonzero_eigvals) # (d) 计算A_k k = 3 Ak = np.dot(np.dot(U[:, :k], np.diag(S[:k])), VT[:k, :]) print("A_k for k=3 is:\n", Ak) # (e) 计算A-Ak A_Ak = A - Ak print("A - A_k is:\n", A_Ak) # (f) PCA降维 m = 4 mean_A = np.mean(A, axis=0) A_centered = A - mean_A C = np.dot(A_centered.T, A_centered) eigvals_pca, eigvecs_pca = np.linalg.eig(C) idx = eigvals_pca.argsort()[::-1] eigvals_pca = eigvals_pca[idx] eigvecs_pca = eigvecs_pca[:, idx] F = np.dot(A_centered, eigvecs_pca[:, :3]) print("The best 3-dimensional subspace F is:\n", F) # (g) 计算|A-Ak|和|A-π(A)| norm_A_Ak = np.linalg.norm(A_Ak) print("|A - A_k| is:", norm_A_Ak) norm_A_pca = np.linalg.norm(A - np.dot(F, eigvecs_pca[:, :3].T) + mean_A) print("|A - π(A)| is:", norm_A_pca) ``` 首先,读取数据集A.cav,然后使用`np.linalg.svd()`函数进行SVD分解,并将分解后的三个矩阵分别赋值给变量U、S、VT。根据问题要求,依次输出第四个奇异值、A的秩、特征分解的结果、非零特征值的个数、A_k、A-A_k、PCA降维后的最佳3维子空间F,以及|A-A_k|和|A-π(A)|的值。

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