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线性代数是数学的重要分支,广泛应用于计算机图形学、机器学习、工程计算等领域。其核心概念围绕向量、矩阵及它们之间的运算展开。
向量是线性代数的基本元素,可以表示空间中的点或方向。向量的加减遵循平行四边形法则,数乘则实现缩放。向量的点积能计算夹角,叉积(三维空间)则生成垂直于原向量的新向量。
矩阵是排列成矩形的数值阵列,可表示线性变换或方程组。矩阵乘法对应线性变换的复合,需注意不满足交换律。特殊矩阵如单位矩阵(对角线上为1,其余为0)是线性变换中的“恒等操作”。
行列式是方阵的一个标量值,用于判断矩阵是否可逆(行列式非零)。几何上,行列式的绝对值表示线性变换后区域的体积缩放比例。
特征值与特征向量揭示了矩阵变换的核心性质。若矩阵作用在某个非零向量上仅使其缩放(不改变方向),则该向量为特征向量,缩放系数即为特征值。这对矩阵分解(如PCA算法)至关重要。
线性方程组可通过高斯消元法求解,而矩阵的逆提供另一种解法。对于欠定或超定方程组,最小二乘法能求近似解,这在数据拟合中尤其有用。理解这些基础概念,能为后续学习更复杂的数值分析或算法打下坚实基础。