矩阵逆运算条件数(二范数意义下)的定义,条件数大小对于用数值方法求逆矩阵的影响是什么?请举例说明。
时间: 2023-06-14 12:08:15 浏览: 511
整数矩阵和多项式矩阵求逆的复杂性
矩阵的条件数(condition number)是用于衡量矩阵相对于其逆的稳定性的一个指标。在二范数意义下,矩阵 $A$ 的条件数定义为:
$$
\kappa(A) = \|A\|_2 \|A^{-1}\|_2
$$
其中,$\|A\|_2$ 表示 $A$ 的二范数,$\|A^{-1}\|_2$ 表示 $A^{-1}$ 的二范数。
条件数越大,表示矩阵相对于其逆的稳定性越差,数值求逆的误差也会更大。当条件数很大时,即使输入的矩阵只有微小的扰动,求得的逆矩阵的误差也会非常大。
举个例子来说明,假设有一个矩阵 $A$ 和它的逆矩阵 $A^{-1}$,其条件数为 $\kappa(A)=10^8$。现在我们需要对 $A$ 进行求逆操作,但是由于计算机的精度限制,我们只能使用有限的位数进行计算。这样,在计算过程中,由于矩阵 $A$ 的条件数非常大,即使只有微小的舍入误差,也会对计算结果产生很大的影响。因此,数值求逆的误差会非常大。
因此,如果条件数很大,我们需要采用更加稳定的数值方法来求逆,比如 LU 分解或者 SVD 分解等。另外,如果可能的话,我们也可以尝试通过对原矩阵进行一些变化来改善其条件数,比如进行列交换或者行交换等。
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