GSLAv5学习手册

课本已经给出了够多的问题,我这里列出的只是我自己个人的一些见解与提问,仅供参考。

关键词

  • 线性空间、线性变换
  • 线性空间、线性变换的矩阵表达、与矩阵的关系
  • 代数,关于代数部分,GSLA提及的并不多。所以,我试图增加一些进来。

第一章的问题

  • 请问课本描述的向量 v = ( v_1, v_2, ... , v_n)的各个分量v_i 落在什么范围:自然数(N)、整数(Z)、实数(R)、复数(C)?
  • 标量乘法中的标量又落在什么范围?比如,av,我们要求a和v的分量都在同一个范围吗?
  • 假设,要求向量v的分量落在{0, 1, ..., p-1}, p是一个素数,乘法、加法都是mod p的乘法、加法,请问书本中的向量长度、标量乘法、加法、点积等等的运算是否还会满足?
  • 重点关注Dot Product(Inner product)的定义、直观含义与性质。说到这里,不能不说GSLA的表述缺乏严谨性,有可能导致出现一些问题。首先,Inner product是以两个空间向量为输入的一种运算,要求满足特定的属性,换而言之,可以有多种定义,只需满足要求即可。其次,就必须强调了,到底满足了什么属性?请大家自己归纳总结书本给出的定义。以下我列出一种常见的属性要求:
    内积的属性

    请注意,GSLA是说<v, w> == <w, v>,与这里的定义不同。暂时不要管,这里给的定义更严谨,GSLA在特定的情况下也没有错,因为他只考虑了实数向量。
  • 重点关注Independent和Denpendent的直观含义;
  • 重点关注Schwarz不等式,习题:P.20 19、21题
  • 矩阵就是矩阵,书本引入矩阵的时候是用矩阵来表达向量的combination。请注意,以后矩阵可以有很多的不同内涵,包括:Permutation、Elimination等等。所以,不要先入为主地把矩阵理解为某种“特定”的结构。

第二章的问题

  • 第二章的标题似乎有点误导“Solving Linear Equations”,我认为第二章主要讲矩阵的操作:Matrix Operations。
  • 所以,请大家关注并熟悉矩阵的各种操作:加法、乘法、转置、求逆矩阵等,还有就是LU分解。
  • LU分解能成功,需要什么条件限制吗?
  • Block Matrix的操作值得注意,在以后的学习研究中,矩阵分块操作是非常频繁的,不要像我当初肤浅地理解为没啥意思。
  • Cost of Elimination是关于计算效率的讨论,是CSers的重点关注点,大家能用CSers常用的语言BigO,给出一种效率描述吗?

第三章的问题

  • 首先关注Space和Subspace的定义。有意思的是,GS老人家在正文说得很简洁,反而是在P131的Problem Set 3.1列出了“空间” 的8条性质。需要大家认真思考。Vector的表述中首次提到R^n这个表达。

  • 这里给出一种所谓“群”的定义,如图所示。请大家思考,这个Group、Subgroup(子群,群的子集且又构成群)与Space、Subspace的相似与有区别之处。进而思考Space有没有可能是群?


    Group的定义
  • P135-136, Example1 和Example对Free variable进行取值的时候的技巧体现出一种什么思想?也就是问,为什么要这样取值,这样的取值有什么好处,是想确保什么?

  • 矩阵的Rank与空间的关系?其实,不妨问多一句,矩阵与空间的关系。

  • The Complete Solution to Ax = b,从操作的角度上看讲得是非常简洁,我不知道大家看了是否能明白整个求解过程?反而是内涵解释比较详细。如果不清楚整个计算过程的也许要多做题,或者从其他教材中找些实例来看。求解方程的意义远没有通过Space的内涵给予解释的意义大,当然,只是我个人的看法。我把求解Ax=b看为运用Space定义去讲解Space的一个媒体。

  • 3.4节对前面的操作给出了内涵解释:independent、basic、dimension,非常重要的概念。矩阵的Rank与空间的Dimension的关系是什么?提这个问题似乎有点傻,因为矩阵不一定与空间有什么关系。所以,只能是假定有关系的情况下才能问。似乎我们问问题的时候需要把脑洞打开。

  • 3.5是本章的一次检阅、总结,意义很大。以下这幅图是值得记住的一幅图。也可能是GSLAv5最重要的一幅图。


    Four Fundamental Subspaces
  • 关注 P. 184- 185关于A与R各子空间的解释,有不懂的要提出。建议,小组集体阅读讨论。

线性变换与矩阵的关系

线性变换与矩阵的关系是我最想强调与补充的一个知识点。如下图所示:

线性变换与矩阵-1
线性变换与矩阵-2

其实,以上公式倒数第二行,我宁愿写成:
(T(e1) T(e2) ... T(en)) x
因为T(e_i)x 都只是列向量而已。甚至不写可能还更清晰。这个证明需要大家好好体会。

第四章(待续)

  • N(A) 与C(A^T) 正交、N(A^T) 与C(A)正交的两种证明。
  • 关注“正交补”这个概念,体会N(A)正交补就是C(A^T)的含义。
  • 问题:如何理解“every x can be split into a row space component and a null space component”?(P. 198)
  • 重述P. 198 Example 4 上两段关于x_r = x_r'的证明。重点关注整个证明的思路。
  • Projection 应该是一个重要分割点。

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20191025晨

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