LU 分解把方阵拆成下三角乘上三角 ——它是高斯消元过程的矩阵化沉淀:消元做一次 ,此后每个新右端 的求解只需 。
定义:消元的账本
的第 元就是第 步消元中用于消去第 行的乘数——消元时顺手记录即可,无需额外计算。存在性:各阶顺序主子式非零则分解唯一;不满足时换行补救,得带主元的版本:
是置换矩阵,列主元(partial pivoting)同时解决零主元与舍入误差放大两个问题,实践默认开启。
用途:一次分解,多次回代
| 场景 | 做法 |
|---|---|
| 解 | 先 (前代)再 (回代),各 |
| 求行列式 | ,分解的免费副产品 |
| 求逆 | 对 个单位向量逐列回代——但「求逆再乘」几乎总是错误用法,正确姿势是直接解方程 |
对称正定矩阵( 类,协方差、能量泛函的 Hessian 常见)有专属快车道 Cholesky 分解:,只算一半,减半存储与耗时,且无需主元。
家族位置
三角分解管「解方程」;正交化分解 QR 分解 管「最小二乘与稳定性」;谱系分解(特征值与特征向量、谱定理、奇异值分解 SVD)管「结构揭示」。三者构成矩阵分解的工程主线,总览见线性代数与张量 MOC。
相关笔记
- 高斯消元与线性方程组 — 分解的算法来源
- Cholesky 分解 — 对称正定特例
- 矩阵的秩 — 的非零行数即秩