stringtranslate.com

Продукт Хатри–Рао

В математике произведение Хатри–Рао или блочное произведение Кронекера двух разделенных матриц определяется как [1] ​​[2] [3]

в котором ij -й блок является произведением Кронекера размером m i p i × n j q j соответствующих блоков A и B , предполагая, что число строчных и столбцовых разделов обеих матриц одинаково. Размер произведения тогда равен i m i p i ) × (Σ j n j q j ) .

Например, если A и B являются матрицами с разделением 2 × 2 , то:

получаем:

Это подматрица произведения Трейси–Сингха [4] двух матриц (каждое разбиение в этом примере является разбиением в углу произведения Трейси–Сингха ).

Произведение Кронекера по столбцам

Столбцовое произведение Кронекера двух матриц является частным случаем произведения Хатри-Рао, как определено выше, и может также называться произведением Хатри-Рао. Это произведение предполагает, что разбиения матриц являются их столбцами. В этом случае m 1 = m , p 1 = p , n = q и для каждого j : n j = q j = 1 . Результирующее произведение представляет собой матрицу mp × n , каждый столбец которой является произведением Кронекера соответствующих столбцов A и B . Используя матрицы из предыдущих примеров с разбиением столбцов:

так что:

Эта столбцовая версия продукта Хатри–Рао полезна в подходах линейной алгебры к аналитической обработке данных [5] и при оптимизации решения обратных задач, имеющих дело с диагональной матрицей. [6] [7]

В 1996 году было предложено столбцовое произведение Хатри–Рао для оценки углов прихода (АОА) и задержек многолучевых сигналов [8] и четырех координат источников сигналов [9] в цифровой антенной решетке .

Продукт, разбивающий лицо

Произведение расщепления матриц

Альтернативная концепция матричного произведения, использующая построчное разбиение матриц с заданным количеством строк, была предложена В. Слюсарем [10] в 1996 году. [9] [11] [12] [13] [14]

Эта матричная операция была названа "face-splitting product" матриц [11] [13] или "transposed Khatri–Rao product". Этот тип операции основан на построчных произведениях Кронекера двух матриц. Используя матрицы из предыдущих примеров с разделенными строками:

результат может быть получен: [9] [11] [13]

Основные свойства

  1. Транспонирование ( В. Слюсарь , 1996 [9] [11] [12] ):
    ,
  2. Билинейность и ассоциативность : [9] [11] [12]

    где A , B и C — матрицы, а kскаляр ,

    , [12]
    где вектор ,​
  3. Свойство смешанного произведения ( В. Слюсарь , 1997 [12] ):
    ,
    , [13]
    [15]
    , [16]
    где обозначает произведение Адамара ,
  4. , [12]
  5. , [9] где — вектор- строка ,
  6. , [16]
  7. , где — матрица перестановок. [7]
  8.  
    , [13] [15]
    Сходным образом:
    ,
  9.  
    , [12]
    ,
    где и - векторы ,
  10. , [17] ,
  11.  
    , [18]
    где и — векторы (это комбинация свойств 3 и 8), Аналогично:
  12.  
    ,
    где - векторная свертка ; - матрицы "графического эскиза"; и - матрица преобразования Фурье (этот результат является развитием свойств графического эскиза [19] ). Это можно обобщить для соответствующих матриц :

    потому что свойство 11 выше дает нам
    И теорема о свертке дает нам
  13.  
    , [20]
    где — матрица, — матрица, — вектор из единиц длины , а — вектор из единиц длины или
    , [21]
    где — матрица, означает поэлементное умножение, а — вектор из единиц длиной .
    ,
    где обозначает проникающее гранное произведение матриц. [13] Аналогично:
    , где — матрица, — матрица,.
  14.  
    , [12]
    [13] = = ,
    , [21]
    где — вектор, состоящий из диагональных элементов , означает наложение столбцов матрицы друг на друга для получения вектора.
  15.  
    . [13] [15]
    Сходным образом:
    ,
    где и являются векторами

Примеры

Источник: [18]

Теорема

Источник: [18]

Если , где независимые компоненты — случайная матрица с независимыми одинаково распределенными строками , такая, что

и ,

тогда для любого вектора

с вероятностью , если количество строк

В частности, если записи могут быть получены

что соответствует лемме Джонсона–Линденштрауса о случае, когда является малым.

Блокирующий продукт для расщепления лица

Транспонированный блок гранеразделительного продукта в контексте многогранной модели радара [15]

Согласно определению В. Слюсаря [9] [13] блочное гранеразделительное произведение двух секционированных матриц с заданным количеством строк в блоках

можно записать как:

Транспонированное блочное произведение граней (или блочно-столбцовая версия произведения Хатри–Рао) двух секционированных матриц с заданным количеством столбцов в блоках имеет вид: [9] [13]

Основные свойства

  1. Транспонировать :
    [15]

Приложения

Продукт Face-splitting и продукт Block Face-splitting, используемые в тензорно -матричной теории цифровых антенных решеток . Эти операции также используются в:

Смотрите также

Примечания

  1. ^ Khatri CG, CR Rao (1968). «Решения некоторых функциональных уравнений и их применение к характеристике распределений вероятностей». Sankhya . 30 : 167–180. Архивировано из оригинала (PDF) 2010-10-23 . Получено 2008-08-21 .
  2. ^ Лю, Шуанчжэ (1999). «Матричные результаты о произведениях Кхатри–Рао и Трейси–Сингха». Линейная алгебра и ее приложения . 289 (1–3): 267–277. doi : 10.1016/S0024-3795(98)10209-4 .
  3. ^ Чжан X; Ян Z; Цао C. (2002), «Неравенства, включающие произведения Хатри–Рао положительных полуопределенных матриц», Applied Mathematics E-notes , 2 : 117–124
  4. ^ Лю, Шуанчжэ; Тренклер, Гётц (2008). «Адамард, Хатри-Рао, Кронекер и другие матричные продукты». Международный журнал информации и системных наук . 4 (1): 160–177.
  5. ^ См., например, HD Macedo и JN Oliveira. Линейно-алгебраический подход к OLAP. Formal Aspects of Computing, 27(2):283–307, 2015.
  6. ^ Лев-Ари, Ханох (2005-01-01). "Эффективное решение линейных матричных уравнений с применением к обработке многостатических антенных решеток" (PDF) . Communications in Information & Systems . 05 (1): 123–130. doi : 10.4310/CIS.2005.v5.n1.a5 . ISSN  1526-7555.
  7. ^ ab Masiero, B.; Nascimento, VH (2017-05-01). «Возвращаясь к преобразованию массива Кронекера». IEEE Signal Processing Letters . 24 (5): 525–529. Bibcode : 2017ISPL...24..525M. doi : 10.1109/LSP.2017.2674969. ISSN  1070-9908. S2CID  14166014.
  8. ^ Вандервин, MC, Нг, BC, Пападиас, CB, и Полрадж, A. (nd). Оценка угла соединения и задержки (JADE) для сигналов в многолучевых средах. Протокол конференции Тридцатой Асиломарской конференции по сигналам, системам и компьютерам. – DOI:10.1109/acssc.1996.599145
  9. ^ abcdefgh Слюсар, VI (27 декабря 1996 г.). «Конечные матричные продукты для радиолокации» (PDF) . Известия ВУЗ: Радиоэлектроника . 41 (3): 71–75.
  10. ^ Анна Эстеве, Ева Бой и Хосеп Фортиана (2009): «Условия взаимодействия в регрессии на основе расстояний», Communications in Statistics – Theory and Methods , 38:19, стр. 3501 [1]
  11. ^ abcde Слюсарь, В.И. (1997-05-20). "Аналитическая модель цифровой антенной решетки на основе произведений матриц гранеразделения" (PDF) . Труды ИКАТТ-97, Киев : 108–109.
  12. ^ abcdefgh Слюсар, ВИ (1997-09-15). "Новые операции произведения матриц для приложений радаров" (PDF) . Труды. Прямые и обратные задачи теории электромагнитных и акустических волн (ДИПЭД-97), Львов. : 73–74.
  13. ^ abcdefghij Слюсар, VI (13 марта 1998 г.). «Семейство лицевых продуктов матриц и его свойства» (PDF) . Кибернетика и системный анализ ПК Кибернетика и Системный анализ. 1999 . 35 (3): 379–384. дои : 10.1007/BF02733426. S2CID  119661450.
  14. ^ Слюсарь, В.И. (2003). «Обобщенные фейс-произведения матриц в моделях цифровых антенных решеток с неидентичными каналами» (PDF) . Радиоэлектроника и системы связи . 46 (10): 9–17.
  15. ^ abcde Вадим Слюсарь. Новые матричные операции для ЦОС (лекция). Апрель 1999. – DOI: 10.13140/RG.2.2.31620.76164/1
  16. ^ ab C. Radhakrishna Rao . Оценка гетероскедастических дисперсий в линейных моделях.//Журнал Американской статистической ассоциации, т. 65, № 329 (март 1970 г.), стр. 161–172
  17. ^ Касивисванатан, Шива Прасад и др. «Цена частного выпуска таблиц сопряженности и спектры случайных матриц с коррелированными строками». Труды сорок второго симпозиума ACM по теории вычислений. 2010.
  18. ^ abcd Томас Д. Але, Якоб Бэк Тейс Кнудсен. Почти оптимальный тензорный эскиз. Опубликовано в 2019 г. Математика, информатика, ArXiv.
  19. ^ Нинь, Фам; Паг, Расмус (2013). Быстрые и масштабируемые полиномиальные ядра с помощью явных карт признаков . Международная конференция SIGKDD по обнаружению знаний и добыче данных. Ассоциация вычислительной техники. doi :10.1145/2487575.2487591.
  20. ^ ab Eilers, Paul HC; Marx, Brian D. (2003). «Многомерная калибровка с температурным взаимодействием с использованием двумерной регрессии штрафного сигнала». Chemometrics and Intelligent Laboratory Systems . 66 (2): 159–174. doi :10.1016/S0169-7439(03)00029-7.
  21. ^ abc Currie, ID; Durban, M.; Eilers, PHC (2006). «Обобщенные линейные модели массивов с приложениями к многомерному сглаживанию». Журнал Королевского статистического общества . 68 (2): 259–280. doi :10.1111/j.1467-9868.2006.00543.x. S2CID  10261944.
  22. ^ Брайан Бишоф. Тензоры совместного появления высшего порядка для гиперграфов с помощью расщепления граней. Опубликовано 15 февраля 2020 г., Математика, Компьютерные науки, ArXiv
  23. ^ Иоганнес В. Р. Мартини, Хосе Кросса, Фернандо Х. Толедо, Хайме Куевас. О произведениях Адамара и Кронекера в ковариационных структурах для взаимодействия генотипа и среды.//Геном растений. 2020;13:e20033. Страница 5. [2]

Ссылки