Værk af Khatri - Rao
Den aktuelle version af siden er endnu ikke blevet gennemgået af erfarne bidragydere og kan afvige væsentligt fra den
version , der blev gennemgået den 14. april 2022; checks kræver
4 redigeringer .
Khatri-Rao-produktet er operationen af matrixmultiplikation defineret af udtrykket [1] [2] :
hvor den -te blok er Kronecker-produktet af de tilsvarende blokke, og forudsat at antallet af rækker og kolonner i begge matricer er ens. Værkets dimension er .




For eksempel, hvis matricerne og har en blokdimension på 2 × 2 :


![{\displaystyle \mathbf {A} =\venstre[{\begin{array}{c | c}\mathbf {A} _{11}&\mathbf {A} _{12}\\\hline \mathbf {A} _{21}&\mathbf {A} _{22}\end{array}} \right]=\venstre[{\begin{array}{cc | c}1&2&3\\4&5&6\\\hline 7&8&9\end{array}}\right]}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/00683212cf2ac381d32afbd91292c2eed3935d3b)
og ,
derefter:
![{\displaystyle \mathbf {A} \ast \mathbf {B} =\venstre[{\begin{array}{c | c}\mathbf {A} _{11}\otimes \mathbf {B} _{11}&\mathbf {A} _{12}\otimes \mathbf {B} _{12}\\\hline \mathbf { A} _{21}\otimes \mathbf {B} _{21}&\mathbf {A} _{22}\otimes \mathbf {B} _{22}\end{array}}\right]=\venstre [{\begin{array}{cc | cc}1&2&12&21\\4&5&24&42\\\hline 14&16&45&72\\21&24&54&81\end{array}}\right]}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/f9fc15d35c58601d035fa791a6dfd5b88067ab71)
.
Khatri-Rao søjleformet produkt
Kronecker -søjleproduktet af to matricer kaldes også Khatri-Rao-produktet. Dette produkt antager, at blokkene af matricer er deres søjler. I dette tilfælde , og for hver : . Resultatet af produktet er en -matrix, hvis hver kolonne er opnået som Kronecker-produktet af de tilsvarende kolonner af matricerne og . For eksempel for:








![{\displaystyle \mathbf {C} =\venstre[{\begin{array}{c | c | c}\mathbf {C} _{1}&\mathbf {C} _{2}&\mathbf {C} _{3}\end{array}}\right]=\left[{\begin{array} {c | c | c}1&2&3\\4&5&6\\7&8&9\end{array}}\right]}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/b179f177e0bc2e894bd939311f9b1e39cd744284)
og
kolonne produkt:
![{\displaystyle \mathbf {C} \ast \mathbf {D} =\venstre[{\begin{array}{c | c | c }\mathbf {C} _{1}\otimes \mathbf {D} _{1}&\mathbf {C} _{2}\otimes \mathbf {D} _{2}&\mathbf {C} _ {3}\otimes \mathbf {D} _{3}\end{array}}\right]=\left[{\begin{array}{c | c | c }1&8&21\\2&10&24\\3&12&27\\4&20&42\\8&25&48\\12&30&54\\7&32&63\\14&40&72\\\21&48&81\end{array}}\right]}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/eee3b103ab04318c0e74efb8283944f4f8996698)
.
Den søjleformede version af Khatri-Rao-produktet bruges i lineær algebra til analytisk databehandling [3] og optimering af løsninger på det diagonale matrixinversionsproblem [4] [5] ; i 1996 blev det foreslået at bruge det til at beskrive problemet med fælles estimering af ankomstvinklen og forsinkelsestiden for signaler i et digitalt antennearray [6] , samt til at beskrive responsen af en 4-koordinat radar [ 7] .
Slutprodukt
Der er et alternativt koncept for produktet af matricer, som i modsætning til kolonneversionen bruger opdelingen af matricer i rækker [8] - ansigtsopdelingsprodukt [7] [ 9] [ 10] eller Khatri - Rao-transponeret produkt ( Engelsk transponeret Khatri-Rao-produkt ) [11] . Denne type matrixmultiplikation er baseret på Kronecker-rækkeproduktet af to eller flere matricer med det samme antal rækker. For eksempel for:
![{\displaystyle \mathbf {C} =\left[{\begin{array}{cc}\mathbf {C} _{1}\\\hline \mathbf {C} _{2}\\\hline \mathbf { C} _{3}\\\end{array}}\right]=\left[{\begin{array}{ccc}1&2&3\\\hline 4&5&6\\\hline 7&8&9\end{array}}\right] }](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/9c17fe205d2885dab091852f046b6c14e8df77e5)
og
kan skrives [7] :
![{\displaystyle \mathbf {C} \bullet \mathbf {D} =\venstre[{\begin{array}{c}\mathbf {C} _{1}\nogle gange \mathbf {D} _{1}\\ \hline \mathbf {C} _{2}\otimes \mathbf {D} _{2}\\\hline \mathbf {C} _{3}\otimes \mathbf {D} _{3}\\\end {array}}\right]=\venstre[{\begin{array}{ccccccccc }1&4&7&2&8&14&3&12&21\\\hline 8&20&32&10&25&40&12&30&48\\\hline 21&42&783&4}&8}&42&783&4}&7}&21&30&48\\\hline](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/908c3246daae192cd8e2a796daf7083770bdc170)
.
Grundlæggende egenskaber
Transponere (1996 [7] [9] [12] ):

,
Kommutativitet og associativ drift [7] [9] [12] :
hvor , og er matricer, og er en skalar,




, [12]
hvor er en vektor med antallet af elementer lig med antallet af rækker i matrixen ,


Den blandede produktegenskab (1997 [12] ):

,
[10] ,
[11] [13 ]
[14] ,
hvor angiver Hadamard-produktet .

Følgende egenskaber er også opfyldt:
,
[12] ,
, hvor og er vektorer med ensartet dimension,

[15] ,,
[16] , hvoroger vektorer af ensartet dimension (følger af egenskab 3 og 8),

,
,
hvor er matrixen for den diskrete Fourier-transformation , er vektorfoldningssymbolet ( identiteten følger af egenskaberne for referenceskitsen [17] ),


- I analogi, hvor er en matrix, er en matrix,





hvor er en vektor dannet ud fra de diagonale elementer i matrixen , er operationen med at danne en vektor ud fra en matrix ved at placere dens søjler under hinanden.




Kronecker-produktets absorptionsegenskab:
[10] [13]

,

,
hvor og er vektorer af ensartet dimension.


For eksempel [16] :
Hvis , hvor er uafhængige inklusioner af matrixen, der indeholder rækker , sådan at og ,




![{\displaystyle E[(T_{1}x)^{2}]=\|x\|_{2}^{2}}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/2314df29d3e99c399b8fca4812bf182de141ef4a)
![{\displaystyle E[(T_{1}x)^{p}]^{1/p}\leq {\sqrt {ap}}\|x\|_{2}}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/7b322fc4b1f87234e363acf27136664c4097d2af)
derefter med sandsynlighed for enhver vektor, hvis antallet af rækker



.
Især hvis elementerne i matricen er tal , kan man opnå , som for små værdier er i overensstemmelse med grænseværdien for Johnson-Lindenstrauss distributionslemma.




Bloker slutprodukt
For blokmatricer med det samme antal kolonner i de respektive blokke:
![{\displaystyle \mathbf {A} =\venstre[{\begin{array}{c | c}\mathbf {A} _{11}&\mathbf {A} _{12}\\\hline \mathbf {A} _{21}&\mathbf {A} _{22}\end{array}} \ret]}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/ae9951e1a02733640a5df02a42796d5b0b73760a)
og
ifølge definitionen [7] kan blokslutproduktet skrives som:
![{\displaystyle \mathbf {A} [\bullet ]\mathbf {B} }](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/67a135d00e547772dad41d1ff38e39f10153d815)
![{\displaystyle \mathbf {A} [\bullet ]\mathbf {B} =\venstre[{\begin{array}{c | c}\mathbf {A} _{11}\bullet \mathbf {B} _{11}&\mathbf {A} _{12}\bullet \mathbf {B} _{12}\\\hline \mathbf { A} _{21}\bullet \mathbf {B} _{21}&\mathbf {A} _{22}\bullet \mathbf {B} _{22}\end{array}}\right]}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/aa06f693acbeacb0fa2efcb16170904d4a4735fd)
.
Tilsvarende gælder følgende forhold for et bloktransponeret slutprodukt (eller et blokkolonneprodukt Khatri - Rao ) af to matricer med det samme antal kolonner i de tilsvarende blokke [7] :
![{\displaystyle \mathbf {A} [\ast ]\mathbf {B} }](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/8789652968356a415c58acf55f2b1d6695a36f80)
![{\displaystyle \mathbf {A} [\ast ]\mathbf {B} =\venstre[{\begin{array}{c | c}\mathbf {A} _{11}\ast \mathbf {B} _{11}&\mathbf {A} _{12}\ast \mathbf {B} _{12}\\\hline \mathbf { A} _{21}\ast \mathbf {B} _{21}&\mathbf {A} _{22}\ast \mathbf {B} _{22}\end{array}}\right]}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/80fe3459e70e2efe4901d61ec67df754e36798f2)
.
Transponeringsegenskaben udføres [13] :
Ansøgninger
Familien af slutprodukter af matricer bruges i tensor-matrix-teorien for digitale antennearrays til radiotekniske systemer [11] .
Slutproduktet er blevet udbredt i maskinlæringssystemer, statistisk behandling af big data [16] . Det giver dig mulighed for at reducere mængden af beregninger, når du implementerer datadimensionalitetsreduktionsmetoden, kaldet tensorskitsen [16] såvel som den hurtige Johnson-Lindenstrauss-transformation [16] . I dette tilfælde udføres overgangen fra den oprindelige fremspringende matrix til Hadamard-produktet , som opererer med matricer af en mindre dimension. Approksimationsfejlen for højdimensionelle data baseret på slutproduktet af matricer svarer til det lille forvrængningslemma [16] [20] . I denne sammenhæng kan ideen om slutproduktet bruges til at løse det differentielle privatlivsproblem [ 15 ] . Derudover er lignende beregninger blevet anvendt til at danne co-forekomst tensorer i naturlig sprogbehandling og billedlighedshypergrafer [21] .
Slutproduktet bruges til P-spline-tilnærmelse [18] , opbygning af generaliserede lineære modeller af dataarrays (GLAM) under deres statistiske behandling [19] og kan bruges til effektivt at implementere kernemetoden til maskinlæring , såvel som at studere interaktion af genotyper med miljøet. [22]
Se også
Noter
- ↑ Khatri CG, CR Rao . Løsninger til nogle funktionelle ligninger og deres anvendelser til karakterisering af sandsynlighedsfordelinger (engelsk) // Sankhya : journal. - 1968. - Bd. 30 . - S. 167-180 . Arkiveret fra originalen den 23. oktober 2010.
- ↑ Zhang X; Yang Z & Cao C. (2002), Uligheder, der involverer Khatri-Rao-produkter af positive semi-definite matricer, Applied Mathematics E-notes bind 2: 117-124
- ↑ Se fx HD Macedo og JN Oliveira. En lineær algebra tilgang til OLAP . Formal Aspects of Computing, 27(2):283-307, 2015.
- ↑ Lev-Ari, Hanoch. Effektiv løsning af lineære matrixligninger med anvendelse på multistatisk antennearraybehandling // Kommunikation i information og systemer. - 2005. - 1. januar ( bind 05 , nr. 1 ). - S. 123-130 . — ISSN 1526-7555 . - doi : 10.4310/CIS.2005.v5.n1.a5 .
- ↑ Masiero, B.; Nascimento, VH Revisiting the Kronecker Array Transform // IEEE Signal Processing Letters. - 2017. - 1. maj ( bind 24 , nr. 5 ). - S. 525-529 . — ISSN 1070-9908 . - doi : 10.1109/LSP.2017.2674969 . - .
- ↑ Vanderveen, MC, Ng, BC, Papadias, CB, & Paulraj, A. (n.d.). Samlevinkel og forsinkelsesestimation (JADE) for signaler i flervejsmiljøer . Konferenceoptegnelse fra den tredivte Asilomar-konference om signaler, systemer og computere. — DOI:10.1109/acssc.1996.599145
- ↑ 1 2 3 4 5 6 7 8 Slyusar, VI (27. december 1996). "Slutprodukter i matricer i radarapplikationer" (PDF) . Radioelectronics and Communications Systems.– 1998, Vol. 41; Nummer 3 : 50-53. Arkiveret (PDF) fra originalen 2020-07-27 . Hentet 2020-07-27 .
- ↑ Anna Esteve, Eva Boj & Josep Fortiana (2009): Interaction Terms in Distance-Based Regression, Communications in Statistics - Theory and Methods, 38:19, S. 3501 [1] Arkiveret 26. april 2021 på Wayback Machine
- ↑ 1 2 3 Slyusar, VI Analytisk model af det digitale antennearray på basis af face-splittende matrixprodukter // Proc . ICATT-97, Kiev: tidsskrift. - 1997. - 20. maj. - S. 108-109 .
- ↑ 1 2 3 4 Slyusar, VI (1999). "En familie af ansigtsprodukter af matricer og dens egenskaber" (PDF) . Cybernetik og systemanalyse C/C af Cybernetika I Sistemnyi Analiz . 35 (3): 379-384. DOI : 10.1007/BF02733426 . Arkiveret fra originalen (PDF) den 25. januar 2020 . Hentet 12. juli 2020 .
- ↑ 1 2 3 4 Minochkin A. I., Rudakov V. I., Slyusar V. I. Grundlæggende om militær-teknisk forskning. Teori og anvendelser. Bind. 2. Syntese af midler til informationsstøtte til våben og militært udstyr // Red. A. P. Kovtunenko. - Kiev: "Granmna". - 2012. C. 7 - 98; 354 - 521 (2012). Hentet 12. juli 2020. Arkiveret fra originalen 25. januar 2020. (ubestemt)
- ↑ 1 2 3 4 5 6 7 Slyusar, VI (1997-09-15). "Nye operationer af matricer produkt til applikationer af radarer" (PDF) . Proc. Direkte og omvendte problemer med elektromagnetisk og akustisk bølgeteori (DIPED-97), Lviv. : 73-74. Arkiveret (PDF) fra originalen 2020-01-25 . Hentet 2020-07-12 .
- ↑ 1 2 3 4 5 Vadym Slyusar. Ny Matrix Operations for DSP (Foredrag). april 1999. - DOI: 10.13140/RG.2.2.31620.76164/1
- ↑ 1 2 C. Radhakrishna Rao . Estimation of Heteroskedastic Variances in Linear Models.//Journal of the American Statistical Association, Vol. 65, nr. 329 (Mar., 1970), s. 161-172
- ↑ 1 2 Kasiviswanathan, Shiva Prasad, et al. "Prisen for privat udgivelse af beredskabstabeller og spektrene af tilfældige matricer med korrelerede rækker." Proceedings af det 42. ACM-symposium om teori om computing. 2010.
- ↑ 1 2 3 4 5 6 7 Ahle, Thomas; Knudsen, Jakob Næsten Optimal Tensor Sketch . [ [2] ] (3. september 2019). Hentet 11. juli 2020. Arkiveret fra originalen 14. juli 2020. (ubestemt)
- ↑ Ninh, Pham; Rasmus, Pagh (2013). Hurtige og skalerbare polynomielle kerner via eksplicitte feature maps . SIGKDD international konference om videnopdagelse og datamining. Foreningen for Datamaskiner. DOI : 10.1145/2487575.2487591 .
- ↑ 12 Eilers , Paul H.C.; Marx, Brian D. (2003). "Multivariat kalibrering med temperaturinteraktion ved hjælp af todimensionel straffet signalregression". Kemometri og intelligente laboratoriesystemer . 66 (2): 159&ndash, 174. DOI : 10.1016/S0169-7439(03)00029-7 .
- ↑ 1 2 3 Currie, ID; Durban, M.; Eilers, PHC (2006). "Generaliserede lineære array-modeller med applikationer til multidimensionel udjævning". Journal of the Royal Statistical Society . 68 (2): 259&ndash, 280. DOI : 10.1111/j.1467-9868.2006.00543.x .
- ↑ Ahle, Thomas; Kapralov, Michael; Knudsen, Jacob; Pagh, Rasmus; Velingker, Ameya; Woodruff, David; Zandieh, Amir (2020). Uvidende skitsering af højgradspolynomiske kerner . ACM-SIAM symposium om diskrete algoritmer. Foreningen for Datamaskiner. DOI : 10.1137/1.9781611975994.9 .
- ↑ Bryan Bischoff. Højere ordens co-forekomst tensorer til hypergrafer via ansigtsdeling. Udgivet 15. februar 2020, Mathematics, Computer Science, ArXiv Arkiveret 25. november 2020 på Wayback Machine
- ↑ Johannes WR Martini, Jose Crossa, Fernando H. Toledo, Jaime Cuevas. Om Hadamard og Kronecker produkter i kovariansstrukturer for genotype x miljøinteraktion.//Plant Genome. 2020;13:e20033. Side 5. [3]
Litteratur