通过一个具体的算例来展示QR分解在解决最小二乘问题中的应用,并附上代码的完整解释。
时间: 2024-12-29 18:31:03 浏览: 17
QR分解(QR factorization)是矩阵的一种常见形式,它将一个矩阵A分解为Q乘以R的形式,其中Q是一个正交矩阵,R是一个上三角矩阵。在最小二乘问题中,特别是在线性回归中,QR分解非常有用,因为它可以方便地找到最佳拟合解。
假设我们要解决如下的线性系统 Ax = b 的最小二乘问题,其中 A 是 m×n 矩阵,b 是 m 维列向量,x 是 n 维未知向量。如果 A 非满秩(小于 m 小于 n),那么直接求解Ax=b会有无限多解,这时我们可以通过 QR 分解来找到最接近的解。
首先,我们将 A 进行 QR 分解:
```python
import numpy as np
# 假设 A 和 b 是这样的
A = np.array([[1, 2], [3, 4], [5, 6]])
b = np.array([7, 8, 9])
# 使用numpy的qr函数进行QR分解
Q, R = np.linalg.qr(A)
```
这里 `Q` 是正交矩阵,`R` 是上三角矩阵。现在的问题转化为 R * x = Q.T * b,由于 R 是上三角形,我们可以很容易地通过回代法求解 x。但是为了得到最小二乘解,我们需要进一步优化:
```python
# 因为最小二乘问题,我们只需求解R的方程
# 使用np.linalg.solve求解R * x
x = np.linalg.solve(R, Q.T @ b)
```
这样,我们就得到了最小二乘解。实际上,这种方法称为QR分解法求解最小二乘问题。
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