一个微小的行列式是否意味着矩阵的病态?

计算科学 线性代数 条件数
2021-12-15 20:21:26

如果我有一个平方可逆矩阵,我取它的行列式,我发现det(A)0,这是否意味着矩阵条件不佳?

反之亦然吗?病态矩阵是否具有几乎为零的行列式?

这是我在 Octave 中尝试过的东西:

a = rand(4,4);
det(a) %0.008
cond(a)%125
a(:,4) = 1*a(:,1) + 2*a(:,2) = 0.000000001*ones(4,1);
det(a)%1.8E-11
cond(a)%3.46E10
2个回答

就是条件数的大 κ(A)它衡量的是与奇点的接近程度,而不是行列式的微小程度。

例如,对角矩阵1050I行列式很小,但条件良好。

另一方面,考虑由Alexander Ostrowski(也由 Jim Wilkinson 研究)提出的以下方形上三角矩阵族:

U=(122121)

的决定因素n×n矩阵U总是1, 但最大奇异值与最小奇异值之比(即 2-范数条件数κ2(U)=σ1σn) 被 Ostrowski 证明等于cot2π4n,可以看出随着增加而增加n.

作为det(kA)=kndetA, 行列式可以通过简单的重新缩放来任意大或小(这不会改变条件数)。尤其是在高维中,即使按 2 的无辜因子缩放也会使行列式发生巨大的变化。

因此,永远不要使用行列式来评估奇点的条件或接近度。

另一方面,对于几乎所有适定数值问题,条件都与奇异点的距离密切相关,即使问题不适定所需的最小相对扰动。这尤其适用于线性系统。