Lucrarea lui Khatri - Rao
Versiunea actuală a paginii nu a fost încă examinată de colaboratori experimentați și poate diferi semnificativ de
versiunea revizuită pe 14 aprilie 2022; verificările necesită
4 modificări .
Produsul Khatri-Rao este operația de multiplicare a matricei definită prin expresia [1] [2] :
în care blocul --lea este produsul Kronecker al blocurilor corespunzătoare și cu condiția ca numărul de rânduri și coloane ale ambelor matrice să fie egal. Dimensiunea lucrării este .
De exemplu, dacă matricele și au o dimensiune a blocului de 2 × 2 :
și ,
apoi:
.
Produs coloane Khatri-Rao
Produsul coloanei Kronecker a două matrici este numit și produsul Khatri-Rao. Acest produs presupune că blocurile de matrice sunt coloanele lor. În acest caz , și pentru fiecare : . Rezultatul produsului este o matrice -, fiecare coloană a căreia se obține ca produs Kronecker al coloanelor corespunzătoare ale matricelor și . De exemplu, pentru:
și
produs coloană:
.
Versiunea coloană a produsului Khatri-Rao este utilizată în algebra liniară pentru prelucrarea datelor analitice [3] și optimizarea soluțiilor la problema inversării matricei diagonale [4] [5] ; în 1996, s-a propus să fie utilizat în descrierea problemei estimării în comun a unghiului de sosire și a timpului de întârziere al semnalelor într-o rețea de antene digitale [6] , precum și pentru a descrie răspunsul unui radar cu 4 coordonate [ 6]. 7] .
Produsul final
Există un concept alternativ al produsului de matrice, care, spre deosebire de versiunea pe coloană, utilizează împărțirea matricelor în rânduri [8] — produsul de divizare a feței [7] [ 9] [ 10] sau produsul transpus Khatri- Rao ( Transpus în engleză produsul Khatri-Rao ) [11] . Acest tip de înmulțire a matricei se bazează pe produsul rând Kronecker a două sau mai multe matrice cu același număr de rânduri. De exemplu, pentru:
și
se poate scrie [7] :
.
Proprietăți de bază
Transpunere (1996 [7] [9] [12] ):
,
Comutativitate și operație asociativă [7] [9] [12] :
unde , și sunt matrici și este un scalar,
, [12]
unde este un vector cu numărul de elemente egal cu numărul de rânduri ale matricei ,
Proprietatea produsului mixt (1997 [12] ):
,
[10] ,
[11] [13 ]
[14] ,
unde denotă produsul Hadamard .
De asemenea, sunt îndeplinite următoarele proprietăți:
- ,
- [12] ,
- , unde și sunt vectori de dimensiune consistentă,
- [15] ,,
- [16] , undeșisunt vectori de dimensiune consistentă (urmează din proprietățile 3 și 8),
- ,
- ,
unde este matricea transformării Fourier discrete , este simbolul de convoluție vectorială (identitatea rezultă din proprietățile schiței de referință [17] ),
- [18] , unde esteo matrice,esteo matrice, , sunt vectori aiși, respectiv, unii,
- [19] , unde esteo matrice,este produsul Hadamard șieste un vector deunități.
- , unde este simbolul produsului final penetrant al matricelor.
- Prin analogie, , unde este o matrice, este o matrice,
unde este un vector format din elementele diagonale ale matricei , este operația de formare a unui vector dintr-o matrice prin plasarea coloanelor sale una sub alta.
Proprietatea de absorbție a produsului Kronecker:
[10] [13]
,
,
unde și sunt vectori de dimensiune consistentă.
De exemplu [16] :
Dacă , unde sunt incluziuni independente ale matricei care conține rânduri astfel încât și ,
apoi cu probabilitate pentru orice vector dacă numărul de rânduri
.
În special, dacă elementele matricei sunt numere , se poate obține , care, pentru valori mici, este în concordanță cu valoarea limită a lemei distribuției
Johnson-Lindenstrauss .
Blocați produsul final
Pentru matrice bloc cu același număr de coloane în blocurile respective:
și
conform definiției [7] , produsul final al blocului poate fi scris astfel:
.
În mod similar, pentru un produs final transpus bloc (sau un produs coloană bloc Khatri - Rao ) din două matrice cu același număr de coloane în blocurile corespunzătoare, următoarea relație este valabilă [7] :
.
Proprietatea de transpunere se realizează [13] :
Aplicații
Familia produselor finale ale matricelor este utilizată în teoria tensor-matrice a rețelelor de antene digitale pentru sisteme de inginerie radio [11] .
Produsul final a devenit larg răspândit în sistemele de învățare automată, procesarea statistică a datelor mari [16] . Vă permite să reduceți cantitatea de calcule atunci când implementați metoda de reducere a dimensionalității datelor, numită schiță tensorală [16] , precum și transformarea rapidă Johnson-Lindenstrauss [16] . În acest caz, se realizează tranziția de la matricea de proiectare originală la produsul Hadamard , care operează cu matrici de o dimensiune mai mică. Eroarea de aproximare a datelor cu dimensiuni mari bazate pe produsul final al matricelor corespunde lemei de distorsiune mică [16] [20] . În acest context , ideea produsului final poate fi folosită pentru a rezolva problema de confidențialitate diferențială [ 15 ] . În plus, calcule similare au fost aplicate pentru a forma tensori de co-ocurență în procesarea limbajului natural și hipergrafe de similaritate de imagini [21] .
Produsul final este utilizat pentru aproximarea P-spline [18] , construind modele liniare generalizate de matrice de date (GLAM) în timpul prelucrării lor statistice [19] și poate fi folosit pentru a implementa eficient metoda nucleului de învățare automată , precum și pentru a studia interacțiunea genotipurilor cu mediul. [22]
Vezi și
Note
- ↑ Khatri CG, CR Rao . Soluții la unele ecuații funcționale și aplicațiile lor la caracterizarea distribuțiilor de probabilitate (engleză) // Sankhya : journal. - 1968. - Vol. 30 . - P. 167-180 . Arhivat din original pe 23 octombrie 2010.
- ↑ Zhang X; Yang Z & Cao C. (2002), Inegalități care implică produse Khatri–Rao ale matricilor semidefinite pozitive, Note electronice de matematică aplicată vol. 2: 117–124
- ↑ Vezi, de exemplu, HD Macedo și JN Oliveira. O abordare algebrică liniară a OLAP . Formal Aspects of Computing, 27(2):283-307, 2015.
- ↑ Lev-Ari, Hanoch. Soluție eficientă a ecuațiilor matriceale liniare cu aplicare la procesarea matricei de antene multistatice // Comunicații în informații și sisteme. - 2005. - 1 ianuarie ( vol. 05 , nr. 1 ). - S. 123-130 . — ISSN 1526-7555 . - doi : 10.4310/CIS.2005.v5.n1.a5 .
- ↑ Masiero, B.; Nascimento, VH Revizuirea Transformării matricei Kronecker // Litere de procesare a semnalului IEEE. - 2017. - 1 mai ( vol. 24 , nr. 5 ). - S. 525-529 . — ISSN 1070-9908 . - doi : 10.1109/LSP.2017.2674969 . - Cod biblic .
- ↑ Vanderveen, MC, Ng, BC, Papadias, CB și Paulraj, A. (n.d.). Estimarea unghiului comun și a întârzierii (JADE) pentru semnale în medii cu mai multe căi . Înregistrarea conferinței celei de-a 30-a Conferințe Asilomar privind semnalele, sistemele și calculatoarele. — DOI:10.1109/acssc.1996.599145
- ↑ 1 2 3 4 5 6 7 8 Slyusar, VI (27 decembrie 1996). „Produse finale în matrice în aplicații radar” (PDF) . Radioelectronică și sisteme de comunicații.– 1998, voi. 41; Numărul 3 : 50-53. Arhivat (PDF) din original pe 27.07.2020 . Consultat 2020-07-27 .
- ↑ Anna Esteve, Eva Boj & Josep Fortiana (2009): Interaction Terms in Distance-Based Regression, Communications in Statistics - Theory and Methods, 38:19, P. 3501 [1] Arhivat 26 aprilie 2021 la Wayback Machine
- ↑ 1 2 3 Slyusar, VI Model analitic al rețelei de antene digitale pe baza produselor matricei de divizare a feței // Proc . ICATT-97, Kiev: jurnal. - 1997. - 20 mai. - P. 108-109 .
- ↑ 1 2 3 4 Slyusar, VI (1999). „O familie de produse faciale ale matricelor și proprietățile sale” (PDF) . Cybernetics and Systems Analysis C/C of Cybernetika I Sistemnyi Analiz . 35 (3): 379-384. DOI : 10.1007/BF02733426 . Arhivat din original (PDF) pe 25 ianuarie 2020 . Preluat la 12 iulie 2020 .
- ↑ 1 2 3 4 Minochkin A. I., Rudakov V. I., Slyusar V. I. Fundamentele cercetării militare-tehnice. Teorie și aplicații. Volum. 2. Sinteza mijloacelor de suport informaţional pentru arme şi echipamente militare // Ed. A. P. Kovtunenko. - Kiev: „Granmna”. - 2012. C. 7 - 98; 354 - 521 (2012). Preluat la 12 iulie 2020. Arhivat din original la 25 ianuarie 2020. (nedefinit)
- ↑ 1 2 3 4 5 6 7 Slyusar, VI (15.09.1997). „Noi operațiuni de produs matrice pentru aplicații de radare” (PDF) . Proc. Probleme directe și inverse ale teoriei undelor electromagnetice și acustice (DIPED-97), Lviv. : 73-74. Arhivat (PDF) din original pe 25.01.2020 . Accesat 2020-07-12 .
- ↑ 1 2 3 4 5 Vadym Slyusar. Operații noi Matrix pentru DSP (Prelegere). Aprilie 1999. - DOI: 10.13140/RG.2.2.31620.76164/1
- ↑ 1 2 C. Radhakrishna Rao . Estimarea variațiilor heteroscedastice în modele liniare.// Jurnalul Asociației Americane de Statistică, voi. 65, nr. 329 (mar. 1970), p. 161-172
- ↑ 1 2 Kasiviswanathan, Shiva Prasad, et al. „Prețul lansării private a tabelelor de urgență și spectrele matricelor aleatorii cu rânduri corelate”. Proceedings of the fourty-second ACM simpozion on theory of computing. 2010.
- ↑ 1 2 3 4 5 6 7 Ahle, Thomas; Knudsen, Jakob Schiță tensorului aproape optimă . [ [2] ] (3 septembrie 2019). Preluat la 11 iulie 2020. Arhivat din original la 14 iulie 2020. (nedefinit)
- ↑ Ninh, Pham; Rasmus, Pagh (2013). Nuclee polinomiale rapide și scalabile prin hărți de caracteristici explicite . Conferința internațională SIGKDD privind descoperirea cunoștințelor și extragerea datelor. Asociația pentru Mașini de Calcul. DOI : 10.1145/2487575.2487591 .
- ↑ 12 Eilers , Paul H.C.; Marx, Brian D. (2003). „Calibrare multivariată cu interacțiunea temperaturii folosind regresia semnalului penalizat bidimensional”. Chimiometrie și sisteme inteligente de laborator . 66 (2): 159&ndash, 174. DOI : 10.1016/S0169-7439(03)00029-7 .
- ↑ 1 2 3 Currie, ID; Durban, M.; Eilers, PHC (2006). „Modele de matrice liniare generalizate cu aplicații la netezire multidimensională”. Jurnalul Societății Regale de Statistică . 68 (2): 259&ndash, 280. DOI : 10.1111/j.1467-9868.2006.00543.x .
- ↑ Ahle, Thomas; Kapralov, Michael; Knudsen, Iacov; Pagh, Rasmus; Velingker, Ameya; Woodruff, David; Zandieh, Amir (2020). Schița neglijabilă a nucleelor polinomiale de grad înalt . Simpozion ACM-SIAM despre algoritmi discreti. Asociația pentru Mașini de Calcul. DOI : 10.1137/1.9781611975994.9 .
- ↑ Bryan Bischoff. Tensori de co-ocurență de ordin superior pentru hipergrafe prin divizarea feței. Publicat 15 februarie 2020, Matematică, Informatică, ArXiv Arhivat 25 noiembrie 2020 la Wayback Machine
- ↑ Johannes WR Martini, Jose Crossa, Fernando H. Toledo, Jaime Cuevas. Pe produsele Hadamard și Kronecker în structuri de covarianță pentru interacțiunea genotip x mediu.//Genomul plantelor. 2020;13:e20033. Pagina 5. [3]
Literatură