特徵理論與對角化
主特徵值
若你取幾乎任意一個初始向量,反覆地用 A 去乘它,它最終安定下來的方向,就是最大量值特徵值所對應的特徵向量。那個特徵值就是主特徵值:它的伸縮超過其餘所有,於是在足夠多次相乘之後,它壓過別人,主宰了極限方向。
原因如下。把初始向量按特徵向量基展開,x = c_1 v_1 + ... + c_n v_n。則 A^k x = c_1 lambda_1^k v_1 + ... + c_n lambda_n^k v_n。若對所有其他 j 都有 |lambda_1| > |lambda_j|,則 lambda_1^k v_1 一項增長最快,故除以其大小後,A^k x 基本沿 v_1 方向。相繼長度之比收斂到 |lambda_1|。這就是冪法,最簡單的特徵值算法。
主特徵值是眾多應用的種子。Google 最初的 PageRank 就是網頁鏈接矩陣的主特徵向量,正是用這種反覆相乘的思想算出的。該方法需要一個嚴格的間隙(|lambda_1| > |lambda_2|),以及一個沿 v_1 有非零分量的初始向量;出現並列或複主特徵對時需要改進,但其核心直覺——最大特徵值贏得長程——正是譜半徑的故事被賦予了動態。
A^k x / ||A^k x|| -> v_1 and ||A^{k+1} x|| / ||A^k x|| -> |lambda_1|
反覆相乘使向量對齊到主特徵向量,並揭示出 |lambda_1|。
收斂速度由比值 |lambda_2 / lambda_1| 支配:第二個特徵值的量值越接近,冪法收斂越慢。位移與反冪迭代是瞄準其他特徵值或加速收斂的標準技巧。
又稱
另見