伪逆与最小二乘处理「不完美方程」:无解时求最近似(),多解时取最短者。Moore–Penrose 伪逆 把两种情形统一成一个公式 ,而它的数值实现就躺在奇异值分解 SVD里。
最小二乘
无解(,见矩阵的秩)时,求残差范数最小的解——把 投影到列空间,几何即欧氏空间的正交投影(正交与正交基)。
法方程路线:
但 的条件数是 的平方(),病态时解被噪声淹没——数值实践改走 QR 分解()或 SVD。回归、标定、状态估计全是这个原型。
Moore–Penrose 伪逆
(零奇异值处置零而非求倒——这一步保证了秩亏时的稳定性。)四条 Penrose 条件唯一确定 ,而 SVD 公式给出显式构造。 一次回答两个问题:
| 方程情形 | 给出 |
|---|---|
| 无解 | 最小二乘解(残差最小) |
| 多解 | 其中范数最小的解 |
满列秩时退化为熟知的 ,满行秩时为 。
机器学习中的化身
- 线性回归:最小二乘的原始出处;L2 正则化(见权重衰减与L2正则化)换成解 ——岭回归,本质是给小奇异值加地板防病态
- 推荐系统:评分矩阵大面积缺失,低秩补全是 SVD + 伪逆思想的迭代化
- 深度学习:收敛到平坦极小值附近,损失面的局部曲率由 Hessian 伪逆主导梯度流的走向
相关笔记
- 奇异值分解 SVD — 伪逆的构造来源
- QR 分解 — 最小二乘的稳定解法
- 范数 — 「最小」的度量
- 高斯消元与线性方程组 — 可解情形的基础流程