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将矩阵抽象为线性变换来考虑是很有必要的,这样会有很多好处:简化符号,简化证明,便于理解逆矩阵等概念,对于将来研究无限维空间也是很有必要的。
1 映射
映射这个概念中学就学过,复习一下:
集合X到集合U上的映射T是定义在X上,取值在U内的一个函数:f(x) =u
记作 T : X->U
一个简单的映射的例子:
2 线性映射
有了之前线性空间等概念,我们直接给出线性映射的定义:
(i) X和U是相同域上的线性空间.X成为域空间,U称为目标空间
(ii)映射T : X->U 如果是可加的( T(X+Y)= T(X)+T(Y) )
并且是齐次的(T(kX) = kT(X)) 则称T为线性映射
记T在x处的值为乘积Tx.
(iii)线性映射又称线性变换或线性算子
线性变换的例子:
(1) f : R->R f(x) = ax+b 线性映射f 将x轴上的每一个数映射到y轴上:
(2) X=U=R^2 ,T表示绕原点转角为的旋转.
3 向量的线性组合
域K上的线性空间中的向量x1,x2,...,xj 的一个线性组合是具有下列形式的向量:
k1x1 + k2x2 + ,...,+ kjxj kj∈K;
特别的,当向量组为单位向量组e1,e2,...,ej(第j个分量是1其余是0的向量)的时候:
任意一个向量X都可以表示为这些单位向量的线性组合:
X = x1e1 + x2e2 +,...,+xjej
4 用矩阵表示线性映射
对于一个R^n 到 R^m 的线性映射T :u = Tx
将x表示单位向量的线性组合:
5再议矩阵乘法
(1) mxn的矩阵T乘向量x可以理解为将这个n维列向量线性映射为一个m维列向量:
(2) 而一个mxn矩阵乘nxL 矩阵就是先进行一个线性映射再进行一个线性映射.
这叫做线性映射的复合。线性映射的复合是另一个线性映射。映射T和映射S的复合记做:T o S.
将映射表示为矩阵。则线性映射的复合就是对应的矩阵相乘.
(3) 由于复合映射的前一个映射的目标空间是另一个的域空间。所以矩阵乘法要求第一个的列数要等于第二个的行数。
个人补充:将新基矩阵T的每一行向量看做一个用原基向量(i,j,k,...)表示的一个新的轴/基,若共R行,即R维度,新的空间共R个轴,将X的每一列都看做为一组特征向量,每一列的特征相同都是n维的点(x11,x12,..,x1n)(x1表示第一列向量),只是不同列的赋值不同。相乘的结果为矩阵Y,那么Y内的某个值,即是某列特征在某个轴上的投影大小,Y的某行向量,即是所有特征在某轴上的投影结果,Y的列向量,即是某个特征(原坐标的一个点)在新的空间的投影/新值,R维的点(t1x1,t2x1,...,trx1)。Y矩阵表示的是,原坐标中所有点,通过T坐标空间的转换,得到的新的空间点集合。
可参考文章,知乎:https://www.zhihu.com/question/21351965