Dílo Khatri - Rao
Aktuální verze stránky ještě nebyla zkontrolována zkušenými přispěvateli a může se výrazně lišit od
verze recenzované 14. dubna 2022; kontroly vyžadují
4 úpravy .
Součin Khatri-Rao je operace násobení matic definovaná výrazem [1] [2] :
ve kterém -tý blok je Kroneckerův součin odpovídajících bloků a za předpokladu, že počet řádků a sloupců obou matic je stejný. Rozměr díla je .




Pokud například matice a mají blokový rozměr 2 × 2 :


![{\displaystyle \mathbf {A} =\left[{\begin{array}{c | c}\mathbf {A} _{11}&\mathbf {A} _{12}\\\hline \mathbf {A} _{21}&\mathbf {A} _{22}\end{array}} \right]=\left[{\begin{array}{cc | c}1&2&3\\4&5&6\\\hline 7&8&9\end{array}}\right]}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/00683212cf2ac381d32afbd91292c2eed3935d3b)
a ,
pak:
![{\displaystyle \mathbf {A} \ast \mathbf {B} =\left[{\begin{array}{c | c}\mathbf {A} _{11}\otimes \mathbf {B} _{11}&\mathbf {A} _{12}\otimes \mathbf {B} _{12}\\\hline \mathbf { A} _{21}\otimes \mathbf {B} _{21}&\mathbf {A} _{22}\otimes \mathbf {B} _{22}\end{array}}\right]=\left [{\begin{array}{cc | cc}1&2&12&21\\4&5&24&42\\\hline 14&16&45&72\\21&24&54&81\end{array}}\right]}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/f9fc15d35c58601d035fa791a6dfd5b88067ab71)
.
Khatri-Rao sloupcový produkt
Kroneckerův součin dvou matic se také nazývá součin Khatri-Rao. Tento součin předpokládá, že bloky matic jsou jejich sloupce. V tomto případě , a pro každou : . Výsledkem součinu je -matice, jejíž každý sloupec se získá jako Kroneckerův součin odpovídajících sloupců matic a . Například pro:








![{\displaystyle \mathbf {C} =\left[{\begin{array}{c | c | c}\mathbf {C} _{1}&\mathbf {C} _{2}&\mathbf {C} _{3}\end{array}}\right]=\left[{\begin{array} {c | c | c}1&2&3\\4&5&6\\7&8&9\end{array}}\right]}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/b179f177e0bc2e894bd939311f9b1e39cd744284)
a
sloupcový produkt:
![{\displaystyle \mathbf {C} \ast \mathbf {D} =\left[{\begin{array}{c | c | c }\mathbf {C} _{1}\otimes \mathbf {D} _{1}&\mathbf {C} _{2}\otimes \mathbf {D} _{2}&\mathbf {C} _ {3}\otimes \mathbf {D} _{3}\end{array}}\right]=\left[{\begin{array}{c | c | c }1&8&21\\2&10&24\\3&12&27\\4&20&42\\8&25&48\\12&30&54\\7&32&63\\14&40&72\\21&48&81\end{array}}\right]}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/eee3b103ab04318c0e74efb8283944f4f8996698)
.
Sloupcová verze produktu Khatri-Rao se používá v lineární algebře pro analytické zpracování dat [3] a optimalizaci řešení problému inverze diagonální matice [4] [5] ; v roce 1996 bylo navrženo jeho použití při popisu problému společného odhadu úhlu příchodu a doby zpoždění signálů v poli digitální antény [6] , stejně jako při popisu odezvy 4-souřadnicového radaru [ 7] .
Konečný produkt
Existuje alternativní pojetí součinu matic, které na rozdíl od sloupcové verze využívá rozdělení matic do řádků [8] — součin face-splitting [7] [ 9] [ 10] nebo transponovaný součin Khatri- Rao ( Anglicky transponovaný produkt Khatri-Rao ) [11] . Tento typ násobení matic je založen na Kroneckerově řádkovém součinu dvou nebo více matic se stejným počtem řádků. Například pro:
![{\displaystyle \mathbf {C} =\left[{\begin{array}{cc}\mathbf {C} _{1}\\\hline \mathbf {C} _{2}\\\hline \mathbf { C} _{3}\\\end{array}}\right]=\left[{\begin{array}{ccc}1&2&3\\\hline 4&5&6\\\hline 7&8&9\end{array}}\right] }](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/9c17fe205d2885dab091852f046b6c14e8df77e5)
a
lze napsat [7] :
![{\displaystyle \mathbf {C} \bullet \mathbf {D} =\left[{\begin{array}{c }\mathbf {C} _{1}\otimes \mathbf {D} _{1}\\ \hline \mathbf {C} _{2}\otimes \mathbf {D} _{2}\\\hline \mathbf {C} _{3}\otimes \mathbf {D} _{3}\\\end {array}}\right]=\left[{\begin{array}{cccccccc }1&4&7&2&8&14&3&12&21\\\hline 8&20&32&10&25&40&12&30&48\\\hline 21&ray&42&83\725{4}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/908c3246daae192cd8e2a796daf7083770bdc170)
.
Základní vlastnosti
Transponovat (1996 [7] [9] [12] ):

,
Komutativnost a asociativní operace [7] [9] [12] :
kde , a jsou matice a je skalár,




, [12]
kde je vektor s počtem prvků rovným počtu řádků matice ,


Vlastnost smíšeného produktu (1997 [12] ):

,
[10] ,
[11] [13 ]
[14] ,
kde označuje produkt Hadamard .

Dále jsou splněny následující vlastnosti:
,
[12] ,
, kde a jsou vektory konzistentní dimenze,

[15] ,,
[16] , kdeajsou vektory konzistentní dimenze (vyplývá z vlastností 3 a 8),

,
,
kde je matice diskrétní Fourierovy transformace , je symbol vektorové konvoluce (identita vyplývá z vlastností referenční skici [17] ),


- Analogicky, kde je matice, je matice,





kde je vektor vytvořený z diagonálních prvků matice , je operace vytvoření vektoru z matice umístěním jejích sloupců pod sebe.




Absorpční vlastnost produktu Kronecker:
[10] [13]

,

,
kde a jsou vektory konzistentní dimenze.


Například [16] :
If , where jsou nezávislé inkluze matice obsahující řádky takové, že a ,




![{\displaystyle E[(T_{1}x)^{2}]=\|x\|_{2}^{2}}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/2314df29d3e99c399b8fca4812bf182de141ef4a)
![{\displaystyle E[(T_{1}x)^{p}]^{1/p}\leq {\sqrt {ap}}\|x\|_{2}}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/7b322fc4b1f87234e363acf27136664c4097d2af)
pak s pravděpodobností pro libovolný vektor , pokud počet řádků



.
Konkrétně, pokud jsou prvky matice čísla , lze získat , což je pro malé hodnoty v souladu s limitní hodnotou lemmatu Johnson-Lindenstraussova rozdělení.




Blokovat koncový produkt
Pro blokové matice se stejným počtem sloupců v příslušných blocích:
![{\displaystyle \mathbf {A} =\left[{\begin{array}{c | c}\mathbf {A} _{11}&\mathbf {A} _{12}\\\hline \mathbf {A} _{21}&\mathbf {A} _{22}\end{array}} \že jo]}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/ae9951e1a02733640a5df02a42796d5b0b73760a)
a
podle definice [7] lze koncový produkt bloku zapsat jako:
![{\displaystyle \mathbf {A} [\bullet ]\mathbf {B} }](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/67a135d00e547772dad41d1ff38e39f10153d815)
![{\displaystyle \mathbf {A} [\bullet ]\mathbf {B} =\left[{\begin{array}{c | c}\mathbf {A} _{11}\bullet \mathbf {B} _{11}&\mathbf {A} _{12}\bullet \mathbf {B} _{12}\\\hline \mathbf { A} _{21}\bullet \mathbf {B} _{21}&\mathbf {A} _{22}\bullet \mathbf {B} _{22}\end{array}}\right]}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/aa06f693acbeacb0fa2efcb16170904d4a4735fd)
.
Podobně pro blokově transponovaný konečný produkt (nebo blokový sloupcový produkt Khatri - Rao ) dvou matic se stejným počtem sloupců v odpovídajících blocích platí následující vztah [7] :
![{\displaystyle \mathbf {A} [\ast ]\mathbf {B} }](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/8789652968356a415c58acf55f2b1d6695a36f80)
![{\displaystyle \mathbf {A} [\ast ]\mathbf {B} =\left[{\begin{array}{c | c}\mathbf {A} _{11}\ast \mathbf {B} _{11}&\mathbf {A} _{12}\ast \mathbf {B} _{12}\\\hline \mathbf { A} _{21}\ast \mathbf {B} _{21}&\mathbf {A} _{22}\ast \mathbf {B} _{22}\end{array}}\right]}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/80fe3459e70e2efe4901d61ec67df754e36798f2)
.
Provede se vlastnost transpozice [13] :
Aplikace
Rodina konečných produktů matic se používá v teorii tenzorové matice digitálních anténních polí pro radiotechnické systémy [11] .
Konečný produkt se rozšířil v systémech strojového učení, statistickém zpracování velkých dat [16] . Umožňuje snížit množství výpočtů při implementaci metody redukce rozměrů dat, nazývané tenzorová skica [16] , a také rychlé Johnson-Lindenstraussovy transformace [16] . V tomto případě se provede přechod z původní promítací matice na Hadamardův součin , který pracuje s maticemi menšího rozměru. Aproximační chyba vysokorozměrných dat na základě konečného součinu matic odpovídá lemmatu malého zkreslení [16] [20] . V této souvislosti lze myšlenku konečného produktu použít k vyřešení problému rozdílného soukromí [ 15 ] . Kromě toho byly podobné výpočty použity k vytvoření tenzorů společného výskytu ve zpracování přirozeného jazyka a hypergrafech podobnosti obrázků [21] .
Konečný produkt se používá pro P-spline aproximaci [18] , vytváření zobecněných lineárních modelů datových polí (GLAM) během jejich statistického zpracování [19] a lze jej použít k efektivní implementaci jaderné metody strojového učení , stejně jako ke studiu interakce genotypů s prostředím. [22]
Viz také
Poznámky
- ↑ Khatri CG, ČR Rao . Řešení některých funkcionálních rovnic a jejich aplikace k charakterizaci rozdělení pravděpodobnosti (anglicky) // Sankhya : journal. - 1968. - Sv. 30 . - S. 167-180 . Archivováno z originálu 23. října 2010.
- ↑ Zhang X; Yang Z & Cao C. (2002), Nerovnosti zahrnující Khatri-Rao produkty pozitivních semi-definitních matic, Applied Mathematics E-notes sv. 2: 117–124
- ↑ Viz např. HD Macedo a JN Oliveira. Přístup lineární algebry k OLAP . Formal Aspects of Computing, 27(2):283-307, 2015.
- ↑ Lev-Ari, Hanoch. Efektivní řešení lineárních maticových rovnic s aplikací na zpracování multistatických anténních polí // Komunikace v informačních systémech. - 2005. - 1. ledna ( roč. 05 , č. 1 ). - S. 123-130 . — ISSN 1526-7555 . - doi : 10.4310/CIS.2005.v5.n1.a5 .
- ↑ Masiero, B.; Nascimento, VH Revisiting the Kronecker Array Transform // IEEE Signal Processing Letters. - 2017. - 1. května ( roč. 24 , č. 5 ). - S. 525-529 . — ISSN 1070-9908 . - doi : 10.1109/LSP.2017.2674969 . - .
- ↑ Vanderveen, MC, Ng, BC, Papadias, CB, & Paulraj, A. (n.d.). Společný odhad úhlu a zpoždění (JADE) pro signály v prostředí s více cestami . Záznam z konference Třicáté Asilomarské konference o signálech, systémech a počítačích. — DOI:10.1109/acssc.1996.599145
- ↑ 1 2 3 4 5 6 7 8 Slyusar, VI (27. prosince 1996). “Koncové produkty v matricích v radarových aplikacích” (PDF) . Radioelektronika a komunikační systémy. – 1998, sv. 41; Číslo 3 : 50-53. Archivováno (PDF) z originálu dne 27.07.2020 . Staženo 27.07.2020 .
- ↑ Anna Esteve, Eva Boj & Josep Fortiana (2009): Interakční termíny v regresi založené na vzdálenosti, komunikace ve statistice – teorie a metody, 38:19, P. 3501 [1] Archivováno 26. dubna 2021 na Wayback Machine
- ↑ 1 2 3 Slyusar, VI Analytický model pole digitálních antén na bázi produktů face-splitting matrix // Proc . ICATT-97, Kyjev: deník. - 1997. - 20. května. - str. 108-109 .
- ↑ 1 2 3 4 Slyusar, VI (1999). „Rodina maticových produktů pro tváře a její vlastnosti“ (PDF) . Kybernetika a systémová analýza C/C of Cybernetika I Sistemnyi Analiz . 35 (3): 379-384. DOI : 10.1007/BF02733426 . Archivováno z originálu (PDF) dne 25. ledna 2020 . Staženo 12. července 2020 .
- ↑ 1 2 3 4 Minochkin A. I., Rudakov V. I., Slyusar V. I. Základy vojensko-technického výzkumu. Teorie a aplikace. Hlasitost. 2. Syntéza prostředků informační podpory zbraní a vojenské techniky // Ed. A. P. Kovtuněnko. - Kyjev: "Granmna". - 2012. C. 7 - 98; 354 - 521 (2012). Staženo 12. července 2020. Archivováno z originálu dne 25. ledna 2020. (neurčitý)
- ↑ 1 2 3 4 5 6 7 Slyusar, VI (15. 9. 1997). „Nové operace maticového produktu pro aplikace radarů“ (PDF) . Proč. Přímé a inverzní problémy teorie elektromagnetických a akustických vln (DIPED-97), Lvov. : 73-74. Archivováno (PDF) z originálu dne 25.01.2020 . Staženo 2020-07-12 .
- ↑ 1 2 3 4 5 Vadym Slyusar. Nové maticové operace pro DSP (přednáška). Duben 1999. – DOI: 10.13140/RG.2.2.31620.76164/1
- ↑ 1 2 C. Radhakrishna Rao . Odhad heteroscedastických odchylek v lineárních modelech.//Journal of the American Statistical Association, Vol. 65, č.p. 329 (březen 1970), str. 161-172
- ↑ 1 2 Kasiviswanathan, Shiva Prasad, et al. "Cena za soukromé zveřejnění kontingenčních tabulek a spekter náhodných matic s korelovanými řádky." Sborník příspěvků z 42. sympozia ACM na téma Teorie výpočetní techniky. 2010.
- ↑ 1 2 3 4 5 6 7 Ahle, Thomas; Knudsen, Jakob Téměř optimální náčrt tenzoru . [ [2] ] (3. září 2019). Staženo 11. července 2020. Archivováno z originálu dne 14. července 2020. (neurčitý)
- ↑ Ninh, Pham; Rasmus, Pagh (2013). Rychlá a škálovatelná polynomiální jádra prostřednictvím explicitních map funkcí . Mezinárodní konference SIGKDD o objevování znalostí a dolování dat. Asociace pro výpočetní techniku. DOI : 10.1145/2487575.2487591 .
- ↑ 12 Eilers , Paul H.C.; Marx, Brian D. (2003). „Vícerozměrná kalibrace s teplotní interakcí pomocí dvourozměrné regrese penalizovaného signálu“. Chemometrie a inteligentní laboratorní systémy . 66 (2): 159&ndash, 174. DOI : 10.1016/S0169-7439(03)00029-7 .
- ↑ 1 2 3 Currie, ID; Durban, M.; Eilers, PHC (2006). „Zobecněné modely lineárních polí s aplikacemi pro vícerozměrné vyhlazování“. Journal of the Royal Statistical Society . 68 (2): 259&ndash, 280. DOI : 10.1111/j.1467-9868.2006.00543.x .
- ↑ Ahle, Thomas; Kapralov, Michael; Knudsen, Jacob; Pagh, Rasmus; Velingker, Ameya; Woodruff, David; Zandieh, Amir (2020). Oblivious Sketching of High-Degree Polynomial Kernels . Symposium ACM-SIAM o diskrétních algoritmech. Asociace pro výpočetní techniku. DOI : 10.1137/1.9781611975994.9 .
- ↑ Bryan Bischoff. Tenzory společného výskytu vyššího řádu pro hypergrafy prostřednictvím rozdělení tváře. Publikováno 15. února 2020, Matematika, Počítačová věda, ArXiv Archivováno 25. listopadu 2020 na Wayback Machine
- ↑ Johannes WR Martini, Jose Crossa, Fernando H. Toledo, Jaime Cuevas. O produktech Hadamard a Kronecker v kovariančních strukturách pro interakci genotyp x prostředí.//Genom rostlin. 2020;13:e20033. Strana 5. [3]
Literatura