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秩:矩阵的真实大小

秩数出矩阵里真正独立的方向。意外之处:独立的列和独立的行数目总是一致,而且你可以直接从主元读出这个数。

秩衡量什么

矩阵的 是它拥有的 无关 列的个数——等价地,是它 列空间(这些列的张成)的 维数。它告诉你矩阵能产生多少个真正不同的方向。一个矩阵可以很大,但若它的列暗中彼此重复,秩就很小。

数主元

你不靠猜来算秩。做 消元行阶梯形,然后数主元——每个台阶上首个非零元素,一阶一个。主元的个数就是秩。每个主元列是一个无关方向;每个无主元列都由它前面的列拼出来。

A = [[1, 2, 3],
     [2, 4, 8],
     [1, 2, 5]]

elimination ->
    [[1, 2, 3],
     [0, 0, 2],
     [0, 0, 0]]

pivots in columns 1 and 3 -> 2 pivots
rank(A) = 2
(column 2 = 2 * column 1, so it is wasted)
消元后剩两个主元,所以秩是 2,尽管 A 是 3x3。

满秩与秩亏

对 m 行 n 列的矩阵,秩至多是 min(m, n)。达到这个上限时矩阵满秩;低于上限则秩亏,意味着某些行或列冗余。对方阵而言,满秩恰好就是可逆的条件。