矩阵能到达什么
形如 Ax 的向量构成 A 的列空间:其各列的所有组合。若其中没有一个向量是其余向量的组合,这些向量就线性无关。基是张成一个空间的无关向量组,其个数就是维数。A 的秩是列空间的维数,等于消元中的主元个数,也等于线性无关的列(和行)的个数。
rank(A)+dimnull(A)=n(1) A 的零空间是满足 Ax=0 的 x 的集合:被映射送到“零”的那些输入。它的维数(零度)等于 n−rank(A)(秩—零度定理)。这决定了每一个线性方程组的情形。Ax=b 有解当且仅当 b 在列空间中;有解时,解集是一个特解加上零空间中的任意向量,所以解唯一当且仅当零空间为 {0}。
有冗余行的矩阵取
A=121240361。第 2 行是第 1 行的 2 倍,只有两行线性无关:秩为 2,零度为
3−2=1。解
Ax=0 得
x1=−x3,
x2=−x3,所以零空间由
(1,1,−1) 张成。于是
Ax=b 仅当
b2=2b1 时有解,有解时有无穷多个解,是一整条直线。
- 列空间:所有 Ax;Ax=b 有解当且仅当 b 在其中。
- 零空间:满足 Ax=0 的所有 x;若含有非零向量,则解不唯一。
- 秩—零度定理:秩加零度等于列数。
数据中的秩:冗余资产如果某个资产的收益序列恰好是其他资产的组合(ETF 与其成分股,或两个行业收益之和),数据矩阵就会降秩,其协方差奇异,对它们全部做回归没有唯一解。真实数据很少恰好相关,却常常近似相关,这就是上一主题中的病态问题。
实验:评分内容
- 秩15 分
- 零度15 分
- 零空间中的向量15 分
- 方程组何时有解15 分
- 解的个数20 分
- 冗余资产20 分