diff --git a/lectures/eig_circulant.md b/lectures/eig_circulant.md index 2636ebc4..4fec3424 100644 --- a/lectures/eig_circulant.md +++ b/lectures/eig_circulant.md @@ -15,15 +15,15 @@ kernelspec: ## 概述 -本讲座介绍循环矩阵及其一些性质。 +本讲座将介绍循环矩阵这一特殊的矩阵类型。 -循环矩阵具有特殊的结构,这种结构将它们与一些有用的概念联系起来,包括: +循环矩阵有着独特的结构特征,这使得它们与许多重要的数学概念密切相关,比如: - * 卷积 + * 卷积运算 * 傅里叶变换 * 置换矩阵 -由于这些联系,循环矩阵在机器学习中被广泛使用,例如在图像处理中。 +正是由于这些重要联系,循环矩阵在机器学习等领域得到了广泛应用。例如,它们在图像处理中扮演着重要角色。 我们首先导入一些Python包: @@ -83,13 +83,13 @@ def construct_cirlulant(row): ``` ```{code-cell} ipython3 -# 一个简单的例子,当 N = 3 时 +# 当 N = 3 时的一个简单例子 construct_cirlulant(np.array([1., 2., 3.])) ``` ### 循环矩阵的一些性质 -以下是一些有用的性质: +以下是一些有用的性质。 假设 $A$ 和 $B$ 都是循环矩阵。那么可以验证: @@ -149,7 +149,7 @@ P=\left[\begin{array}{cccccc} \end{array}\right] $$ (eqn:exampleP) -作为一个**循环移位**算子,当应用于 $N \times 1$ 向量 $h$ 时,将第 $2$ 行到第 $N$ 行的元素向上移动一行,并将第 $1$ 行的元素移动到第 $N$ 行。 +是一个**循环移位**算子,当应用于 $N \times 1$ 向量 $h$ 时,将第 $2$ 行到第 $N$ 行的元素向上移动一行,并将第 $1$ 行的元素移动到第 $N$ 行。 方程 {eq}`eqn:exampleP` 中定义的循环移位置换矩阵 $P$ 的特征值可以通过构造 @@ -216,13 +216,13 @@ for i in range(4): print(f'𝜆{i} = {𝜆[i]:.1f} \nvec{i} = {Q[i, :]}\n') ``` -在下面的图中,我们将在复平面上展示移位置换矩阵的特征值。 +让我们在复平面上绘制移位置换矩阵的特征值。 -这些特征值均匀分布在单位圆上。 +从图中可以看出,这些特征值在单位圆上均匀分布。 -它们是**$n$ 次单位根**,意味着它们是满足 $z^n =1$ 的 $n$ 个复数 $z$,其中 $z$ 是一个复数。 +这些特征值实际上就是单位根 -- 即满足方程 $z^n = 1$ 的复数 $z$。 -特别地,$n$ 次单位根是 +具体来说,对于阶数为 $n$ 的置换矩阵,其特征值就是 $n$ 个单位根,它们的表达式为 $$ z = \exp\left(\frac{2 \pi j k }{N} \right) , \quad k = 0, \ldots, N-1 @@ -317,7 +317,7 @@ Q8 = F8 / np.sqrt(8) ``` ```{code-cell} ipython3 -# 验证正交性(酉性) +# 验证正交性 Q8 @ np.conjugate(Q8) ``` @@ -338,9 +338,9 @@ for j in range(8): diff_arr ``` -## 关联置换矩阵 +## 循环矩阵与置换矩阵的关系 -接下来,我们执行计算来验证方程 {eq}`eqn:circulant` 中定义的循环矩阵 $C$ 可以写成 +接下来,我们将验证方程 {eq}`eqn:circulant` 中定义的循环矩阵 $C$ 可以表示为置换矩阵的线性组合: $$ C = c_{0} I + c_{1} P + \cdots + c_{n-1} P^{n-1} @@ -348,10 +348,6 @@ $$ 并且 $P$ 的每个特征向量也是 $C$ 的特征向量。 -```{code-cell} ipython3 - -``` - 我们用 $N=8$ 的情况来说明这一点。 ```{code-cell} ipython3 @@ -366,7 +362,7 @@ c C8 = construct_cirlulant(c) ``` -计算 $c_{0} I + c_{1} P + \cdots + c_{n-1} P^{n-1}$。 +计算 $c_{0} I + c_{1} P + \cdots + c_{n-1} P^{n-1}$ ```{code-cell} ipython3 N = 8 @@ -387,13 +383,13 @@ C C8 ``` -现在让我们计算两种不同方式构造的循环矩阵之间的差异。 +现在让我们计算两种不同方式构造的循环矩阵之间的差值。 ```{code-cell} ipython3 np.abs(C - C8).max() ``` -与特征值 $w^{k-1}$ 相关的 $P_{8}$ 的第 $k$ 列是 $C_{8}$ 的特征向量,对应的特征值是 $\sum_{h=0}^{7} c_{j} w^{h k}$。 +$P_8$ 的第 $k$ 列是 $C_8$ 的特征向量,其特征值为 $\sum_{h=0}^{7} c_h w^{hk}$,其中 $w^{k-1}$ 是 $P_8$ 对应的特征值。 ```{code-cell} ipython3 𝜆_C8 = np.zeros(8, dtype=complex) @@ -443,7 +439,7 @@ def DFT(x): return X ``` -考虑以下示例。 +考虑以下示例: $$ x_{n}=\begin{cases}