Υπολογιστής Αποσύνθεσης Ιδιαζουσών Τιμών

Βρείτε την αποσύνθεση ιδιαζουσών τιμών (SVD) του $$$\left[\begin{array}{ccc}0 & 1 & 1\\\sqrt{2} & 2 & 0\\0 & 1 & 1\end{array}\right]$$$.

Βρείτε το μεταθετό της μήτρας: $$$\left[\begin{array}{ccc}0 & 1 & 1\\\sqrt{2} & 2 & 0\\0 & 1 & 1\end{array}\right]^{T} = \left[\begin{array}{ccc}0 & \sqrt{2} & 0\\1 & 2 & 1\\1 & 0 & 1\end{array}\right]$$$ (για τα βήματα, δείτε υπολογιστής μεταθετού μήτρας).

Πολλαπλασιάστε τον πίνακα με τον ανάστροφό του: $$$W = \left[\begin{array}{ccc}0 & 1 & 1\\\sqrt{2} & 2 & 0\\0 & 1 & 1\end{array}\right]\cdot \left[\begin{array}{ccc}0 & \sqrt{2} & 0\\1 & 2 & 1\\1 & 0 & 1\end{array}\right] = \left[\begin{array}{ccc}2 & 2 & 2\\2 & 6 & 2\\2 & 2 & 2\end{array}\right]$$$ (για τα βήματα, δείτε υπολογιστής πολλαπλασιασμού πινάκων).

Τώρα, βρείτε τις ιδιοτιμές και τα ιδιοδιανύσματα του $$$W$$$ (για τα βήματα, δείτε υπολογιστής ιδιοτιμών και ιδιοδιανυσμάτων).

Ιδιοτιμή: $$$8$$$, ιδιοδιάνυσμα: $$$\left[\begin{array}{c}1\\2\\1\end{array}\right]$$$.

Ιδιοτιμή: $$$2$$$, ιδιοδιάνυσμα: $$$\left[\begin{array}{c}1\\-1\\1\end{array}\right]$$$.

Ιδιοτιμή: $$$0$$$, ιδιοδιάνυσμα: $$$\left[\begin{array}{c}-1\\0\\1\end{array}\right]$$$.

Βρείτε τις τετραγωνικές ρίζες των μη μηδενικών ιδιοτιμών ($$$\sigma_{i}$$$):

$$$\sigma_{1} = 2 \sqrt{2}$$$

$$$\sigma_{2} = \sqrt{2}$$$

Ο πίνακας $$$\Sigma$$$ είναι μηδενικός πίνακας με $$$\sigma_{i}$$$ στην κύρια διαγώνιο του: $$$\Sigma = \left[\begin{array}{ccc}2 \sqrt{2} & 0 & 0\\0 & \sqrt{2} & 0\\0 & 0 & 0\end{array}\right]$$$.

Οι στήλες του πίνακα $$$U$$$ είναι τα κανονικοποιημένα (μοναδιαία) διανύσματα: $$$U = \left[\begin{array}{ccc}\frac{\sqrt{6}}{6} & \frac{\sqrt{3}}{3} & - \frac{\sqrt{2}}{2}\\\frac{\sqrt{6}}{3} & - \frac{\sqrt{3}}{3} & 0\\\frac{\sqrt{6}}{6} & \frac{\sqrt{3}}{3} & \frac{\sqrt{2}}{2}\end{array}\right]$$$ (για τα βήματα εύρεσης ενός μοναδιαίου διανύσματος, δείτε unit vector calculator).

Τώρα, $$$v_{i} = \frac{1}{\sigma_{i}}\cdot \left[\begin{array}{ccc}0 & 1 & 1\\\sqrt{2} & 2 & 0\\0 & 1 & 1\end{array}\right]^{T}\cdot u_{i}$$$:

$$$v_{1} = \frac{1}{\sigma_{1}}\cdot \left[\begin{array}{ccc}0 & 1 & 1\\\sqrt{2} & 2 & 0\\0 & 1 & 1\end{array}\right]^{T}\cdot u_{1} = \frac{1}{2 \sqrt{2}}\cdot \left[\begin{array}{ccc}0 & \sqrt{2} & 0\\1 & 2 & 1\\1 & 0 & 1\end{array}\right]\cdot \left[\begin{array}{c}\frac{\sqrt{6}}{6}\\\frac{\sqrt{6}}{3}\\\frac{\sqrt{6}}{6}\end{array}\right] = \left[\begin{array}{c}\frac{\sqrt{6}}{6}\\\frac{\sqrt{3}}{2}\\\frac{\sqrt{3}}{6}\end{array}\right]$$$ (για τα βήματα, δείτε υπολογιστής πολλαπλασιασμού πίνακα με βαθμωτό και υπολογιστής πολλαπλασιασμού πινάκων).

$$$v_{2} = \frac{1}{\sigma_{2}}\cdot \left[\begin{array}{ccc}0 & 1 & 1\\\sqrt{2} & 2 & 0\\0 & 1 & 1\end{array}\right]^{T}\cdot u_{2} = \frac{1}{\sqrt{2}}\cdot \left[\begin{array}{ccc}0 & \sqrt{2} & 0\\1 & 2 & 1\\1 & 0 & 1\end{array}\right]\cdot \left[\begin{array}{c}\frac{\sqrt{3}}{3}\\- \frac{\sqrt{3}}{3}\\\frac{\sqrt{3}}{3}\end{array}\right] = \left[\begin{array}{c}- \frac{\sqrt{3}}{3}\\0\\\frac{\sqrt{6}}{3}\end{array}\right]$$$ (για τα βήματα, δείτε υπολογιστής πολλαπλασιασμού πίνακα με βαθμωτό και υπολογιστής πολλαπλασιασμού πινάκων).

Εφόσον έχουμε εξαντλήσει τα μη μηδενικά $$$\sigma_{i}$$$ και χρειαζόμαστε ένα ακόμη διάνυσμα, βρείτε ένα διάνυσμα ορθογώνιο προς όλα τα βρεθέντα διανύσματα, βρίσκοντας τον μηδενικό χώρο του πίνακα του οποίου οι γραμμές είναι τα βρεθέντα διανύσματα: $$$\left[\begin{array}{c}\sqrt{2}\\-1\\1\end{array}\right]$$$ (για τα βήματα, δείτε υπολογιστής μηδενικού χώρου).

Κανονικοποιήστε το διάνυσμα: γίνεται $$$\left[\begin{array}{c}\frac{\sqrt{2}}{2}\\- \frac{1}{2}\\\frac{1}{2}\end{array}\right]$$$, (για τα βήματα, δείτε υπολογιστής μοναδιαίου διανύσματος).

Επομένως, $$$V = \left[\begin{array}{ccc}\frac{\sqrt{6}}{6} & - \frac{\sqrt{3}}{3} & \frac{\sqrt{2}}{2}\\\frac{\sqrt{3}}{2} & 0 & - \frac{1}{2}\\\frac{\sqrt{3}}{6} & \frac{\sqrt{6}}{3} & \frac{1}{2}\end{array}\right].$$$

Οι πίνακες $$$U$$$, $$$\Sigma$$$ και $$$V$$$ είναι τέτοιοι ώστε ο αρχικός πίνακας $$$\left[\begin{array}{ccc}0 & 1 & 1\\\sqrt{2} & 2 & 0\\0 & 1 & 1\end{array}\right] = U \Sigma V^T$$$.

$$$U = \left[\begin{array}{ccc}\frac{\sqrt{6}}{6} & \frac{\sqrt{3}}{3} & - \frac{\sqrt{2}}{2}\\\frac{\sqrt{6}}{3} & - \frac{\sqrt{3}}{3} & 0\\\frac{\sqrt{6}}{6} & \frac{\sqrt{3}}{3} & \frac{\sqrt{2}}{2}\end{array}\right]\approx \left[\begin{array}{ccc}0.408248290463863 & 0.577350269189626 & -0.707106781186548\\0.816496580927726 & -0.577350269189626 & 0\\0.408248290463863 & 0.577350269189626 & 0.707106781186548\end{array}\right]$$$A

$$$\Sigma = \left[\begin{array}{ccc}2 \sqrt{2} & 0 & 0\\0 & \sqrt{2} & 0\\0 & 0 & 0\end{array}\right]\approx \left[\begin{array}{ccc}2.82842712474619 & 0 & 0\\0 & 1.414213562373095 & 0\\0 & 0 & 0\end{array}\right]$$$A

$$$V = \left[\begin{array}{ccc}\frac{\sqrt{6}}{6} & - \frac{\sqrt{3}}{3} & \frac{\sqrt{2}}{2}\\\frac{\sqrt{3}}{2} & 0 & - \frac{1}{2}\\\frac{\sqrt{3}}{6} & \frac{\sqrt{6}}{3} & \frac{1}{2}\end{array}\right]\approx \left[\begin{array}{ccc}0.408248290463863 & -0.577350269189626 & 0.707106781186548\\0.866025403784439 & 0 & -0.5\\0.288675134594813 & 0.816496580927726 & 0.5\end{array}\right]$$$A