克罗内克积
数学术语
数学上,克罗内克积是两个任意大小的矩阵间的运算。克罗内克积是张量积的特殊形式,以德国数学家利奥波德·克罗内克命名。
定义
如果A是一个m×n的矩阵,而B是一个p×q的矩阵,克罗内克积则是一个mp×nq的分块矩阵
更具体地可表示为
例子
特性
双线性结合律
克罗内克积是张量积的特殊形式,因此满足双线性与结合律
其中,A,B和C是矩阵,而k是常量。
克罗内克积不符合交换律:通常,不同于。
和是置换等价的,也就是说,存在置换矩阵P和Q,使得
如果A和B是方块矩阵,则和甚至是置换相似的,也就是说,我们可以取P=Q。
混合乘积性质
如果A、B、C和D是四个矩阵,且矩阵乘积AC和BD存在,那么:
这个性质称为“混合乘积性质”,因为它混合了通常的矩阵乘积和克罗内克积。于是可以推出,是可逆当且仅当A和B是可逆的,其逆矩阵为:
克罗内克和
如果A是n×n矩阵,B是m×m矩阵,表示k×k单位矩阵,那么我们可以定义克罗内克和为:
与抽象张量积
矩阵的克罗内克积对应于线性映射的抽象张量积。特别地,如果向量空间V、W、X和Y分别具有基{v1, ... , vm}、 {w1, ... , wn}、{x1, ... , xd}和{y1, ... , ye},且矩阵A和B分别在恰当的基中表示线性变换S:V→X和T:W→Y,那么矩阵A⊗B表示两个映射的张量积S⊗T:V⊗W→X⊗Y,关于V⊗W的基{v1⊗ w1, v1⊗ w2, ... , v2⊗ w1, ... , vm⊗ wn}和X⊗Y的类似基。
与图的乘积
两个邻接矩阵的克罗内克积是它们的张量积图的邻接矩阵。两个图的邻接矩阵的克罗内克和,则是它们的笛卡儿积图的邻接矩阵。
转置
克罗内克积转置运算符合分配律:
矩阵方程
克罗内克积可以用来为一些矩阵方程得出方便的表示法。例如,考虑方程AXB=C,其中A、B和C是给定的矩阵,X是未知的矩阵。我们可以把这个方程重写为
这样,从克罗内克积的性质可以推出,方程AXB=C具有唯一的解,当且仅当A和B是非奇异矩阵。(Horn & Johnson 1991,Lemma 4.3.1).
在这里,vec(X)表示矩阵X的向量化,它是把X的所有列堆起来所形成的列向量
如果把X的行堆起来,形成列向量x,则AXB也可以写为(Jain 1989,2.8 block Matrices and Kronecker Products)。
历史
尽管没有明显证据证明利奥波德·克罗内克是第一个定义并使用这一运算的人,克罗内克积还是以其名字命名。确实,在历史上,克罗内克积曾以Johann Georg Zehfuss名字命名为Zehfuss矩阵。
参考资料
最新修订时间:2023-01-06 03:41
目录
概述
定义
例子
特性
参考资料