矩阵分解
舒尔分解
对角化 A = X Lambda X^-1 是理想,但并非每个矩阵都可对角化;即便可以,特征向量构成的基 X 也可能严重非正交,求逆在数值上很危险。Schur 分解是可实现且稳定的替代品:每个方阵 A 都能写成 A = Q T Q^*,其中 Q 酉,T 上三角。
仔细体会这桩交易。你放弃把中间因子变成对角,退而求其次取上三角,但作为交换,换基矩阵 Q 是酉的,这是数值工作的黄金标准:它的逆就是 Q^*,它保持所有范数,且从不放大误差。关键是,这对每一个方阵都存在,完全不需要可对角化的假设。
特征值并未丢失。由于 T 是三角的,它的对角元恰好就是 A 的特征值,就摆在那里供你读取。这正是 Schur 成为求特征值实用途径的原因:实际的特征值求解器并不直接追逐特征向量,而是迭代 QR 算法,使 A 收敛到这个三角 T,同时累积出 Q。
对于带复特征值的实矩阵,有实 Schur 形式:T 是分块上三角,对角上的 2x2 块承载共轭特征值对,使全部运算保持在实数中。当 A 是正规矩阵(A A^* = A^* A)时,T 恰好是对角的,从而还原谱定理中的酉对角化。
A = Q T Q^*, Q^* Q = I, diag(T) = eigenvalues of A
对每个方阵 A 都存在酉矩阵 Q 与上三角 T;T 的对角线列出全部特征值。
口诀:对角化是理论,Schur 是实践。凡是教科书要做对角化的地方,真实的特征值求解器都改算 Schur 形式。
又称
另见