特征理论与对角化
主特征值
若你取几乎任意一个初始向量,反复地用 A 去乘它,它最终安定下来的方向,就是最大量值特征值所对应的特征向量。那个特征值就是主特征值:它的伸缩超过其余所有,于是在足够多次相乘之后,它压过别人,主宰了极限方向。
原因如下。把初始向量按特征向量基展开,x = c_1 v_1 + ... + c_n v_n。则 A^k x = c_1 lambda_1^k v_1 + ... + c_n lambda_n^k v_n。若对所有其他 j 都有 |lambda_1| > |lambda_j|,则 lambda_1^k v_1 一项增长最快,故除以其大小后,A^k x 基本沿 v_1 方向。相继长度之比收敛到 |lambda_1|。这就是幂法,最简单的特征值算法。
主特征值是众多应用的种子。Google 最初的 PageRank 就是网页链接矩阵的主特征向量,正是用这种反复相乘的思想算出的。该方法需要一个严格的间隙(|lambda_1| > |lambda_2|),以及一个沿 v_1 有非零分量的初始向量;出现并列或复主特征对时需要改进,但其核心直觉——最大特征值赢得长程——正是谱半径的故事被赋予了动态。
A^k x / ||A^k x|| -> v_1 and ||A^{k+1} x|| / ||A^k x|| -> |lambda_1|
反复相乘使向量对齐到主特征向量,并揭示出 |lambda_1|。
收敛速度由比值 |lambda_2 / lambda_1| 支配:第二个特征值的量值越接近,幂法收敛越慢。位移与反幂迭代是瞄准其他特征值或加速收敛的标准技巧。
又称
另见