行列式微扰近似

机器算法验证 最大似然 矩阵
2022-03-30 05:12:44

以下问题来自高斯族的最大似然计算,但具有独立的意义。

是否有可能找到小的值的封闭形式的近似值x为了

det(B+xI)

其中 I 是单位矩阵,B 是厄密秩亏正半定矩阵?

2个回答

我假设你已经知道的特征值B. 自从B是对称正半定的,可以分解为

B=UDUT
在哪里U是一个正交矩阵并且D是非负特征值的对角线(其中一些可能正好为零)。

现在

B+xI=UDUT+xUUT=U(D+xI)UT
并且由于矩阵的行列式是其特征值的乘积,并且行列式分布在矩阵乘积上,则
|B+xI|=|D+xI|=n(dn+x)
在哪里dn是个n的对角线条目D.

我第二个@cardinal的回答,但提供一个简单的技巧:如果p(z)是多项式(具有整数幂),并且v,λ是矩阵的特征向量和对应的特征值M, 然后v,p(λ)是特征向量和对应的特征值p(M). 证明是一个简单的练习。多项式p可能包含负面权力z和一个常数项,在这种情况下p(M)对应于将常数乘以单位矩阵。

由于行列式是特征值的乘积,所以行列式A=p(B), 在哪里p(z)=z1+x是产品i(λi+x), 在哪里λi是的特征值B. 您还可以使用此技巧找到p(B),当然,但它是矫枉过正!

这个多项式技巧是数值分析中的经典,例如,用于证明 Gauss-Seidel 方法的收敛性。请参阅 Cheney & Kincaid,或对涉及此技巧的另一个问题的回答。