1、正交矩阵或包含正交列的矩阵为实矩阵,其列全部具有单位长度并且相互垂直。如果 Q 为正交矩阵,则Q ′ Q = 1 。最简单的正交矩阵为二维坐标旋转:
2、对于复矩阵,对应的术语为单位。由于正交矩阵和单位矩阵会保留长度、保留角度并且不会增大误差,因此适用于数值计算。
3、正交或 QR 分解将任何矩形矩阵表示为正交或酉矩阵与上三角矩阵的积。此外,也可能涉及列置换。A = QR或AP = QR ,其中,Q 为正交或单位矩阵,R 为上三角矩阵,P 为置换向量。
4、QR 分解有四种变化形式 - 完全大小或合适大小,以及使用列置换或不使用列置换。超定线性方程组涉及行数超过列数的矩形矩阵,也即 m×n 并且 m > n。完全大小的 QR 分解可生成一个方阵(m×m 正交矩阵 Q)和一个矩形 m×n 上三角矩阵 R:C=gallery('uniformdata',[5 4], 0);[Q,R] = qr(C)
5、在许多情况下,Q 的最后 m – n 列是不需要的,因为这些列会与 R 底部的零相乘。因此,精简 QR 分解可生成一个矩形矩阵(具有正交列的 m×n Q)以及一个方阵 n×n 上三角形矩阵 R。对于 5×4 示例,不会节省太多内存,但是对于更大的大量矩形矩阵,在时间和内存方面的节省可能会很重要:[Q,R] = qr(C,0)
6、与 LU 分解相比,QR 分解不需要进行任何消元或置换。但是,可选的列置换(因存在第三个输出参数而触发)对检测奇异性或秩亏是很有帮助的。在分解的每一步,未分解的剩余矩阵的列(范数最大)将用作该步骤的基础。这可以确保 R 的对角线元素以降序排列,并且各列之间的任何线性相关性肯定能够通过检查这些元素来显示。对于此处提供的小示例,C 的第二列的范数大于第一列的范数,因此这两列被交换:[Q,R,P] = qr(C)
7、组合了合适大小和列置换后,第三个输出参数为置换向量而不是置换矩阵:[Q,R,p] = qr(C,0)
8、QR 分解可将超定线性方程组转换为等效的三角形方程组。表达式norm猾诮沓靥(A*x - b)等于norm(Q*R*x - b)与正交矩阵相乘可保留欧几里德范数,因此该表达式也等于nor罪焐芡拂m(R*x - y)其中 y = Q'*b。由于 R 的最后 m-n 行为零,因此该表达式将分为两部分:norm(R(1:n,1:n)*x - y(1:n))并且norm(y(n+1:m))如果 A 具有满秩,则可以对 x 求解,使这些表达式中的第一个表达式为零。然后,第二个表达式便可以提供残差范数。如果 A 没有满秩,则可以通过 R 的三角形结构体对最小二乘问题求基本解。