人工智能之数学基础:线性变换的象空间和零空间

职场   2024-11-25 14:00   浙江  

本文重点

前面的课程中,我们学习了线性变换,由此而引申出线性变换的象空间和零空间,这两个空间在机器学习领域会被经常用到,本文对此进行学习。

直观理解

总的来说象空间就是经过线性变换得到的空间,零空间就是经过线性变换是零的元素构成的空间。

从几何角度来看,象空间描述了线性变换T如何将V中的向量映射到W中的某个子空间中;而零空间则描述了V中哪些向量在T的作用下会“消失”(即被映射到零向量)。这两个空间共同揭示了线性变换T的结构和性质。

象空间

定义:

象空间,也称为值域(Range),是指线性变换T作用下,所有可能的输出向量组成的向量空间。对于给定的线性变换T:V→W,其中V是定义域向量空间,W是目标向量空间,T的象空间是所有T(v)(v∈V)的线性组合生成的向量子空间,记为Im(T)或R(T)。

性质:

象空间是W的一个子空间。

对于V中的任意向量v,T(v)都属于象空间Im(T)。

象空间的维度(即象空间中线性无关向量的最大数量)通常小于或等于W的维度。

与矩阵的关系:

当线性变换T用矩阵A表示时(即T(v) = Av),象空间Im(T)可以看作是矩阵A的列向量张成的空间。换句话说,Im(T)是由A的列向量通过线性组合生成的所有向量的集合。

零空间

定义:

零空间,也称为核空间(Kernel Space)或零子空间(Null Space),是指线性变换T作用下,被映射到零向量的所有输入向量组成的向量空间。对于给定的线性变换T:V→W,T的零空间是所有满足T(v) = 0(v∈V)的向量的集合,记为ker(T)。

性质:

零空间是V的一个子空间。

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