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向量(或矩陣)相乘的前提是:前一個矩陣的「列數」(Columns)必須等於後一個矩陣的「行數」(Rows)。

  1. 運算過程的「對應關係」 當我們計算兩個矩陣 A 與 B 相乘時,結果中的每一個元素都是由 A 的橫向列(Row)與 B 的縱向行(Column)進行「一般矩陣乘積」或「內積」得到的。(這裡其實有兩種乘法,一般矩陣乘積方法以及向量方法) 矩陣乘法
    • 操作方式: 你拿左邊的第一個數乘上右邊的第一個數,第二個乘第二個,依此類推,最後加總。
    • 關鍵點: 如果左邊橫向有 3 個數字(3 列),但右邊縱向只有 2 個數字(2 行),那麼左邊最後一個數字就會找不到對象可以乘。 這就像是「拉鍊」: 左右兩邊的齒數必須一樣多,拉鍊才能順利合上。
  2. 線性變換的「接力賽」 在數學意義上,矩陣相乘代表的是連續的空間變換。 假設向量 v 先經過矩陣 B 轉換,再經過矩陣 A 轉換,這寫作 A(Bv)。
    • 矩陣 B 的輸出維度,必須等於矩陣 A 的輸入維度。
    • 如果 B 把一個 2D 向量變成了 3D 向量(輸出 3 維),那麼接下來的 A 就必須有能力處理 3D 向量(輸入 3 維)。 如果這兩個數字不相等,就像是你要把一個三孔插頭插進一個二孔插座,物理上(數學上)是無法銜接的。 總結規則(口訣) 假設矩陣 A 是 m * n,矩陣 B 是 p * q:
    • 中間兩個數字必須相同: 也就是 n = p(前寬等於後高)。
    • 外側兩個數字決定結果: 相乘後的結果矩陣大小會是 m * q。

向量内積代表投影但同時又是線性轉換?沒錯就是這樣,因為他們之間是Duality。

所謂Duality<=>Natural-but-surprising correspondence, 自然但出乎意料的一致。

向量內積定義

內積是向量與向量的乘積,其結果為一個純量。

幾何上,內積可以定義如下: Image

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我的理解是這樣,向量內積a。b的定義就是b向量在a向量的投影量,然而其實說投影量不那麼準確,因為投影好像是如果b比a長,那麼最終還是不會超過a,但其實這樣忽略了向量的大小,所以上面向量內積更準確的定義是這樣寫的:

b向量在 a向量方向上的投影長度(同方向為正反方向為負號),與 a向量長度的乘積

還有a向量長度的乘積。,也就是還要考慮到a向量的大小。

其實就等於再說有一個Transformation matrix b transform將a向量轉換為一維數線 <=> 或者有一個Transformation matrix a transform將b向量轉換為一維數線。

而投影就是降維,向量內積既降維又考慮原本大小,而Transdoemation matrix本身也是降維又考慮原本大小,所以兩者是Duality。

總結:矩陣相乘是「空間到空間」的映射,而向量內積是「空間到數線」的映射。兩者的前提條件(維度必須匹配)是一致的,因為它們本質上都是在處理「輸入」與「處理能力」之間的對接。因此矩陣相乘是「空間變換」的接力,那麼向量相乘內積 其實可以看作是這種變換的一個極致簡化版,在線性代數中,這種關係被稱為「對偶性」(Duality)。



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Published

31 December 2025

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