多方面详解np.linalg.inv函数

发布时间:2023-05-19

一、np.linalg.inv(a)

np.linalg.inv 函数是 numpy 库中的一个线性代数操作函数,用于求解矩阵的逆矩阵。其中,a 代表要进行逆矩阵运算的矩阵,该函数返回一个矩阵,表示矩阵 a 的逆矩阵。若矩阵 a 不可逆,则会报错。 逆矩阵指在某种运算下与原矩阵相乘得到单位矩阵的矩阵。如果矩阵 a 可逆,那么在进行逆矩阵运算的过程中,系数矩阵可以左右消去,具体可以通过以下过程进行说明:

ab = ba = I

其中,a 为原矩阵,ba 的逆矩阵,I 为单位矩阵。

import numpy as np
a = np.array([[1, 2], [3, 4]])
b = np.linalg.inv(a)
print(b)

上述代码中,np.array 创建了一个 2×2 的矩阵 anp.linalg.inv(a) 对其进行逆矩阵运算,得到的结果在控制台输出。

二、np.linalg.inv 算出来是负数

在进行逆矩阵运算时,若所得的逆矩阵中存在负数,则通常是因为原矩阵的行列式为负数。因为矩阵行列式的正负决定了它的奇偶性,因此行列式为负的矩阵一定是奇异矩阵,其逆矩阵不存在。

c = np.array([[1, 2, 3], [4, 5, 6], [7, 8, 9]])
d = np.linalg.inv(c)
print(d)

上述代码中,np.array 创建了一个 3×3 的矩阵 cnp.linalg.inv(c) 对其进行逆矩阵运算,输出结果中存在负数。

三、np.linalg.inv 函数

np.linalg.inv 函数的参数和返回值都是矩阵。在实际中,矩阵的逆矩阵在很多领域有着广泛的应用,例如在半监督学习、数据压缩、图像转换等领域。 此外,在计算机科学中,矩阵的逆矩阵也具有非常重要的意义:即使仅仅是在学习编程,也需要通过矩阵的逆矩阵来解决方程组,从而得到解析式(即通过对数据集进行学习得到可用于未知数据的显式公式)。

四、np.linalg.inv Python

np.linalg.inv 函数是 Python 中常用的函数之一。虽然 Python 本身就支持库,但库中的函数有时不够高质,并且很难写出高效的代码。np.linalg.inv 函数是专门用于矩阵逆矩阵运算的,速度较快且易于使用。

五、np.linalg.inv(a) 具体公式

矩阵 a 的逆矩阵 b 的求解公式为:

b = a^-1 = (1 / det(a)) * A^T

其中,det(a) 为矩阵 a 的行列式,A^T 为矩阵 a 的伴随矩阵。

六、np.linalg.inv(sigma)

在统计学领域中,np.linalg.inv(sigma) 用于计算一个给定矩阵的逆协方差矩阵。逆协方差矩阵在通过多元高斯分布对数据进行建模时是非常重要的,因为它可以用于计算多元高斯分布的概率密度函数。

sigma = np.array([[1, 0.5], [0.5, 1]])  # 设定一个2×2的矩阵
sigma_inv = np.linalg.inv(sigma)
print(sigma_inv)

上述代码中,np.array 创建了一个 2×2 的矩阵 sigmanp.linalg.inv(sigma) 对其进行逆矩阵运算,得到的结果在控制台输出。

七、np.linalg.inv(a) 的作用

总的来说,np.linalg.inv(a) 主要有以下两个作用:

  1. 在求解方程组时需要使用服务器;
  2. 在机器学习领域有着广泛的应用,例如在 PCA(主成分分析)和 LDA(线性判别分析)等领域中都有所应用。