克羅內克積

克羅內克積

數學上,克羅內克積是兩個任意大小的矩陣間的運算。克羅內克積是張量積的特殊形式,以德國數學家利奧波德·克羅內克命名。

基本介紹

  • 中文名:克羅內克積
  • 外文名:Kronecker product
  • 形式矩陣間的運算
  • 命名:數學家利奧波德·克羅內克命名
  • 套用學科:數學
  • 所屬領域:代數和代數數論
定義,例子,特性,雙線性結合律,混合乘積性質,克羅內克和,與抽象張量積,與圖的乘積,轉置,矩陣方程,歷史,

定義

如果A是一個m×n的矩陣,而B是一個p×q的矩陣,克羅內克積則是一個mp×nq分塊矩陣
更具體地可表示為

例子

特性

雙線性結合律

克羅內克積張量積的特殊形式,因此滿足雙線性與結合律
其中,A,BC是矩陣,而k是常量。
克羅內克積不符合交換律:通常,
不同於
是置換等價的,也就是說,存在置換矩陣PQ,使得
如果AB是方塊矩陣,則
甚至是置換相似的,也就是說,我們可以取P=Q

混合乘積性質

如果ABCD是四個矩陣,且矩陣乘積ACBD存在,那么:
這個性質稱為“混合乘積性質”,因為它混合了通常的矩陣乘積和克羅內克積。於是可以推出,
可逆若且唯若AB是可逆的,其逆矩陣為:

克羅內克和

如果An×n矩陣,Bm×m矩陣,
表示k×k單位矩陣,那么我們可以定義克羅內克和
為:

與抽象張量積

矩陣的克羅內克積對應於線性映射的抽象張量積。特別地,如果向量空間VWXY分別具有基{v1, ... , vm}、 {w1, ... , wn}、{x1, ... , xd}和{y1, ... , ye},且矩陣AB分別在恰當的基中表示線性變換S:VXT:WY,那么矩陣AB表示兩個映射的張量積ST:VWXY,關於VW的基{v1⊗ w1, v1⊗ w2, ... , v2⊗ w1, ... , vm⊗ wn}和XY的類似基。

與圖的乘積

兩個鄰接矩陣的克羅內克積是它們的張量積圖的鄰接矩陣。兩個圖的鄰接矩陣的克羅內克和,則是它們的笛卡兒積圖的鄰接矩陣。

轉置

克羅內克積轉置運算符合分配律:

矩陣方程

克羅內克積可以用來為一些矩陣方程得出方便的表示法。例如,考慮方程AXB=C,其中ABC是給定的矩陣,X是未知的矩陣。我們可以把這個方程重寫為
這樣,從克羅內克積的性質可以推出,方程AXB=C具有唯一的解,若且唯若AB是非奇異矩陣。(Horn & Johnson 1991,Lemma 4.3.1).
在這裡,vec(X)表示矩陣X的向量化,它是把X的所有列堆起來所形成的列向量
如果把X的行堆起來,形成列向量x,則AXB也可以寫為
(Jain 1989,2.8 block Matrices and Kronecker Products)。

歷史

儘管沒有明顯證據證明利奧波德·克羅內克是第一個定義並使用這一運算的人,克羅內克積還是以其名字命名。確實,在歷史上,克羅內克積曾以Johann Georg Zehfuss名字命名為Zehfuss矩陣。

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