施密特正交化(Gram–Schmidt process)

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施密特正交化(Gram–Schmidt process)

2023-10-21 16:37| 来源: 网络整理| 查看: 265

在线性代数中,如果内积空间上的一组向量能够张成一个子空间,那么这一组向量就称为这个子空间的一个基。Gram-Schmidt正交化提供了一种方法,能够通过这一子空间上的一个基得出子空间的一个正交基,并可进一步求出对应的标准正交基。

先来看下 k = 2 时的情况,此时,v1=w1。因为我们想得到一个与v1相垂直的向量v2,于是可以让w2向v1的方向上做投影。即,如下图所示。

此时,。当 k = 3 时,v1和v2的找法就按照前面所示的过程来执行。如下图所示我们已经找到了两个垂直的基底v1和v2,下面来设法找到v3。如下图所示,a是w3在v1方向上的投影,b是是w3在v2方向上的投影,显然v3=w3-(a+b)=w3-a-b。

按照此过程继续下去,当k = n时,前n-1个彼此垂直的向量v1,...,vk-1已经构造完成,为了找到向量vk,我们将wk向v1,...,vk-1分别做投影,得到u1,...,uk-1,显然 vk = wk - u1 - ... - uk-1。这也就是所谓的“施密特正交化”。

施密特正交化过程告诉我们,对于一个有限维的空间,我们一定可以找到一组彼此垂直的基底。当我们得到这样一组基底后,还可以对它们进行归一化,便可得到orthonormal的基底。也就是说对于一个有限维的空间,一定存在一组orthonormal的基底。更加正式地,我们可以用下面的定理来表述。

(本文完)



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