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Linear Algebra Lecture 8: Solving System of Linear Equations (part 1)


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00:00.000
目前為止呢,我們好像只有關一個System of Linear Equations,有沒有解有多少解,我們都好像只是做了一些專有名詞的定義。
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00:09.000
我們都沒有告訴你說,有什麼樣的演算法可以讓你照著這個演算法操作,就知道說它有解還是沒有解。
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00:18.640
那今天這一份投影片要講的就是,有某一個演算法,其實就是高斯消去法。
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00:24.440
其實這個你高中學過了,高斯消去法,按照高斯消去法操作一下,就可以知道說它有解還是沒有解。
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00:35.640
據說高斯消去法很久以前就有了,據說最早出現高斯消去法的記錄是在九章算術裡面。
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00:46.440
九章算術的第八章叫做方程章,據說方程這個詞彙其實就來自於九章算術。
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00:54.960
那這個九章算術的方程章裡面,它就是有很多的習題你可以做,它的第一個習題是這樣子的。
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01:02.400
經有上和三丙,中和二丙,下和一丙,十三十九斗,然後上和兩丙,中和三丙,下和一丙,十三十四斗,然後上和一丙,中和兩丙,下和三丙,十二十六斗,問上中下和,十一丙各幾和?
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01:29.240
這個題目其實你看了覺得好像很困難,你就是令上和為x1,然後中和是x2,然後下和是x3,然後你就說上和乘三倍,x2乘兩倍,x3乘一倍,會等於三十九。
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01:55.440
它列三個equation,它是一個一元一次的連立方程式,有三個equation,然後你就解一下,然後解出來這個是有解答的,它說上和是一丙九斗四分斗之一,其實就是九又四分之一的意思,它是想要講說上和一丙是九又四分之一斗。
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02:21.300
那其實後面一頁是有詳解的,詳解長這個樣子,那你要先用算籌把上和、中和跟下和列出來,那在九章算術裡面,它教你做那個system of linear equation的時候,我們現在的那個equation都是橫著列的,但是古人是直著列的,九章算術應該是漢朝的書,古人是直著列的。
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02:45.440
這是第一個equation,這是第二個equation,然後這是第三個equation。
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03:15.440
這個很難,你可能不懂,但是因為這個很難,所以後來在明代有另外一本書叫做《算法統》中,它就編了一個歌這樣子,希望你比較好記。
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03:33.500
比如說這個二色方程歌的意思就是說,如果是二元一次方程式就用二色方程歌來解了,就是次人欲要四方程,物價據將左右乘,右上法乘左中下,次將左上右行乘。
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03:50.400
但是其實就算你背了這個歌,你還是不知道要怎麼做,這樣感覺還是很複雜。而且這個只能夠解二元的,其實是有三元的,其實有三色方程歌。
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04:04.280
它寫在三色方程歌中,三色方程法更齊,物價三行,左座積。它就是故意要寫押韻的,這樣你才好記。其實還有四色方程歌,就是四色方程法可誇,虛存莫謂作根涯。
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04:28.280
你可以把這個歌記起來,看一下你投射的時候用不用得上就是了。但是其實就我所知古人,除了解多元一次方程式以外,其實還可以解多元的高次方程式。
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04:47.660
因為我記得《射雕英雄傳》裡面不是有嗎?就是瑛姑在解一個天元之術,然後黃蓉就來講一些天元之術好像就是四元的方程式,然後黃蓉就來講一些天元之術何足道哉,然後就講了說它可以解十八元的。
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05:07.440
到解十九元的時候才比較困難一點。所以這個其實就是今天要學的東西。我們今天要學的東西就是怎麼解一個linear equation,前面都只定義了一些性質和一些專有名詞,接下來就是要講說,實際上要操作的時候怎麼解呢?
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05:31.740
那這邊操作的時候它解的概念是這個樣子的。我們要先知道一個概念叫做equivalent。如果兩個system of linear equation它們有同樣的解,那我們就說這兩個system of linear equation它們是等價的,它們是equivalent的。
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05:51.080
舉例來說,我這邊有兩個system of linear equation,一個是三倍x1加x2等於十,一個是x1減三倍x2等於零,它的解是三一。另外一個system of linear equation它非常簡單,就是x1等於三,x2等於一,它的解也是三一。
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06:07.660
這兩個system of linear equation它們並不一樣,但我們說它是等價的,因為它們的解是一模一樣的。今天你可以把某一個system of linear equation做某些operation以後,做某些操作以後,變成另外一個等價的system of linear equation。
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06:29.520
那有三種操作,你把原來的system of linear equation做以下三種操作,得到的新的system of linear equation仍然是等價的。
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06:40.860
其實這三種操作都是你高中學過的東西,你其實並不會那麼訝異。第一個操作是,你可以把這些equation做交換,交換以後什麼事都沒有發生,所以你的解仍然是一樣。
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06:55.100
你可以把其中的某一個equation乘上n倍,乘上任何一個scalar,把它裡面的每一個coefficient變為原來的n倍,你也不會影響它的solution。
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07:12.060
你可以把某一個equation乘上n倍,再加給另外一個equation,我們把下面這個equation乘上負三倍,再加給上面這個equation,得到一個新的system of linear equation,你也不會影響它的solution。
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07:29.940
如果你對某一個system of linear equation做以下三個操作,一個叫做interchange,一個叫做scaling,一個叫做row addition,做以下三個操作,交換乘scalar,乘scalar再加給別人,做這三個操作,都不會影響新的得到system of linear equation的solution。
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07:52.140
所以今天我們要解一個system of linear equation,你的策略就是對某一個給定的system of linear equation,不斷地做剛才講的那三個operation,不斷地操作它,直到它變成一個特別簡單的system of linear equation,讓你可以秒看,一秒看出答案,就結束了。
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08:16.300
所以這個其實是國中你學過的東西,現在有一個system of linear equation,你沒有辦法一秒鐘看出它的答案,那你就做一個我們剛才講的前面的三個操作,這個前面三個操作它其實是有名字的,我們等一下再講,反正就做前面那三個操作。
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08:36.120
舉例來說,你把下面這個乘3加到上面,得到一個新的system of linear equation,它的解仍然是一樣的,那如果下面這個你沒有辦法一秒鐘看出它的解,再做一個操作,這個操作是下面那個式子除時,得到一個新的system of linear equation。
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08:52.180
如果你還沒有辦法看出它的解,再做一個操作,把下面這個乘3加上去,這個是一個侮辱你智商的operation,乘3加上去,得到S1等於3,S2等於1,那這個時候你總不會說你不知道解了吧,你一秒鐘就知道這個system of linear equation的解是多少,然後就結束了。
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09:15.720
所以整個高斯消去法的策略就是這個樣子,不斷地做這些不會影響你的solution的operation,直到你的system of linear equation變成你可以一秒鐘看出它的答案為止。
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09:29.740
好,那更general的來說,我們要解的,我們剛才舉的是一個二元的連立方程式,當然是特別簡單,那我們通常解的是一個多元的連立方程式,所以有很多元,有很多個未知數,X1到Xn,那我們說一個system of linear equation,它的coefficient可以用一個matrix來表示它。
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09:57.120
好,那這個X,它的未知數,你要找的這個solution,可以用一個向量X來表示它,那constant term放在等號右邊的constant term也可以用另外一個向量來表示它,所以我們可以把它寫成AX等於B。
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10:16.860
好,那這邊要教大家另外一個表示的方法,另外一個表示system of linear equation的方法是,如果你不是用矩陣和matrix相傳來表示它的話,另外一個表示的方法是用一個叫做augmented matrix的東西。
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10:33.300
augmented matrix其實也非常的單純,你就把所有的coefficient拿出來,再把你的constant term B拿出來,把它擺在一起,得到一個matrix,就是augmented matrix,就結束了。
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10:51.860
那你從這個augmented matrix,你也可以知道說這個system of linear equation它長什麼樣子。好,那原來的A是一個m by n的矩陣,那它的augmented matrix,因為你加上了B這個column,你多加了一個column,那新的augmented matrix就是m by n加1的矩陣。
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11:14.400
好,那我們實際上在操作的時候,我們實際上在對這些system of linear equation做變換的時候,我們並不會把這些等號啊、x啊之類的寫出來,因為很麻煩,我們實際上是在augmented matrix上做操作。
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11:33.060
每一個system of linear equation都對應到一個augmented matrix,像這個3-3-0,你就把3-3-0寫上來,3-1-10,你就把3-1-10寫上來,寫上來,寫上來。
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11:46.780
好,所以每一個system of linear equation它都對應到一個augmented matrix,我們實際上在操作的時候,我們是在這個augmented matrix上面做操作。所以整個策略就是這樣,先把你的system of linear equation表示成augmented matrix,在augmented matrix上面做那些不會影響solution的操作,得到一個非常簡單的augmented matrix,然後再把這個augmented matrix轉回system of linear equation。
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12:16.440
接下來呢,你就可以秒看solution,那這邊只是在反覆講過我們剛才講的東西,有三個操作,你可以在這個augmented matrix上面做三個操作,這三個操作不會影響你最終的solution,不會影響你的system of linear equation的solution。
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12:38.460
這三個操作是你可以把這個augmented matrix的兩個row做交換,所謂把augmented matrix裡面兩個row做交換就是把system of linear equation的兩個equation的順序做交換,那根本不會影響結果。
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12:55.000
你可以把某一個row的每一個element都乘上一個non-zero的scalar,這邊要強調一下必須要乘non-zero的scalar,如果乘上zero的scalar,你等於是把一個equation直接就抹掉了,那當然會影響你最後的solution。
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13:13.440
但如果你乘上的是一個non-zero的scalar,你把某一個equation裡面的每一個參數都乘上n倍,其實不會影響最終的solution。那第三個是,你把某一個row乘上一個scalar,再加給另外一個row,這樣子也不會影響你的solution。
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13:32.900
所以你可以在一個augmented matrix上做以下三個操作,不會影響這個augmented matrix它對應的system of linear equation的solution。
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13:43.500
好,所以這個就是更general的來說明一下我們現在的操作,你有一個很複雜的system of linear equation寫作x等於b,你把它的augmented matrix寫出來,就是把a跟b排在一起。
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13:57.100
接下來做以下這三個操作,那你就把原來的augmented matrix A'做一下操作,變成A''變成A''以此類推,直到它變成一個非常簡單的形式,這個非常簡單的形式,我們把它寫作R,我們叫做R。
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14:13.760
得到R以後,反推原來的,我在這邊停下來,你知道為什麼嗎?因為我發現投影片上有個錯這樣,你有發現嗎?
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14:27.960
這個應該是R',對不對?應該是R',好,大家了解我的意思吧,這個不是A',這應該是R',因為我們現在要把這個很簡單的matrix R還原成原來的system of linear equation嘛。
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14:51.000
那它的最後一個column就是constant term,新的system of linear equation constant term,最後一個column以外的地方就是coefficient,它coefficient應該是R',不知道為什麼居然是寫成A'.
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15:05.840
那下面這三個操作,它們是有名字的,它們叫做elementary row operation,你對一個augmented matrix做elementary row operation,不會影響它的solution。
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15:24.320
那這個簡單的matrix,它可以讓你一眼看出它對應的system of linear equation solution是什麼。這個簡單的matrix,它也是有名字的,它叫做reduced row echelon form,有時候縮寫就直接縮寫成Rref。
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15:51.200
所以,今天你把一個matrix做elementary row operation,得到它的Rref,得到它的reduced row echelon form,你就可以秒看它的solution,這樣大家有問題嗎,ok嗎,那再來要問的就是什麼叫做reduced row echelon form,那我們就來講一下reduced row echelon form的定義。
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16:20.080
reduced row echelon form,在講reduced row echelon form的定義之前,我們先把reduce這個詞彙拿掉,先問什麼是row echelon form,一個matrix,如果我們說它是row echelon form的話,它滿足以下兩個性質。
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16:35.840
第一個性質是,所有的non-zero的row,都在zero的row上面,就是如果你有一個row,它全為0,它全為0,它全為0,一定要擺在整個matrix的最下面,這是滿足row echelon form的第一個條件。
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16:59.920
滿足row echelon form要有兩個條件,第一個條件是,你把所有的row的leading entry都拿出來,所謂leading entry的意思就是,第一個不為0的,就從左邊看過來,第一個不為0的數值,第一個不為0的element,就是leading entry,你把leading entry都拿出來。
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17:27.120
發現說leading entry排成echelon form,我們一直沒有解釋到底echelon是什麼意思,echelon就是階級、軍階、階梯的意思,所以今天你這些leading entry,如果它們排成一個像階梯的形狀,它就是echelon form。
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17:50.880
換句話說就是,每一個leading entry都在前一個人的右下方,這是第一個leading entry,第二個人在第一個人的右下方,這是第三個leading entry,它在第二個人的右下方,每一個leading entry都在前一個row的leading entry的右下方,這個叫做echelon form。
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18:11.560
你其實也可以自己去翻一下課本,這應該寫在chapter的1.4,課本的敘述其實是很冗長的,它試著用文字的方式來跟你描述什麼是echelon form,然後你就會看不懂,我這邊就直接告訴你說,反正這樣就是echelon form,每一個leading entry都在前一個row的leading entry的右下角,就是echelon form。
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18:35.100
好,那我們來看一個不是echelon form的例子,舉例來說,這邊有一個matrix,它是row echelon form嗎?不是,為什麼?第一個你可以先檢查它有沒有滿足第一個條件,因為它沒有任何的zero row,它沒有任何的row全是零的,所以它第一個條件就自動滿足了,那它有沒有滿足第二個條件呢?你就先把它的leading entry通通圈出來。
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19:03.800
我們把leading entry通通圈出來,然後你就會發現說,在這些leading entry裡面,第三個row的leading entry不是在第二個row的leading entry的右下方,它是在左邊,它是在它的左下方,那這樣就不行,這樣就不是echelon form,
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19:23.640
所以這個matrix並不是一個符合row echelon form的matrix。
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19:35.740
好,那講完了row echelon form以後,接下來我們就講reduce row echelon form,加上reduce這件事情有什麼意思呢?首先reduce row echelon form它的第一個條件當然就是,它是row echelon form,row echelon form有另外兩個條件。
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19:55.200
那它的第三個條件是,如果你要滿足reduce row echelon form的話,那它要滿足一個額外的限制,這個額外的限制是什麼呢?這個額外的限制是leading entry所在的column,它必須是standard vector,我們有講過standard vector就是其中一維是1,其他都是0。
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20:25.200
今天這個leading entry所在的column,希望它一定要是standard vector,它才是reduce row echelon form,那我們看看今天這個leading entry,它在第一個column,第一個column是不是一個standard vector呢?它是一個standard vector。
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20:46.780
那第二個leading entry它在第三個column,第三個column是一個standard vector嗎?它不是一個standard vector。第三個leading entry在第四個column,第四個column也不是standard vector,所以今天這個metric它不是reduce row echelon form,它是row echelon form,但它不是reduce row echelon form,它符合這兩個條件。
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21:13.260
所以它是一個row echelon form,但它不是reduce row echelon form。
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21:18.360
那如果你看課本的話發現說,我如果沒記錯的話,課本在check是不是reduce row echelon form的時候,它是講了五個條件,但跟我這邊講的三個條件其實是一模一樣的,其實講的是同一件事。
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21:32.540
我只是把它做了一些歸納,然後變成三個條件,你記起來應該是,記三個東西是比記五個東西還要稍微容易一點點就是了。
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21:43.420
好,那今天我們再來看另外一個例子,我們來看一下右邊這個metric,它是不是reduce row echelon form,要檢查它是不是reduce row echelon form之前,要先檢查它是不是row echelon form。
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22:04.800
那怎麼檢查是不是row echelon form呢,第一個條件是zero的row有沒有都在最下面,那看起來根據這個綠色的框框,看起來zero的row都在最下面,所以row echelon form的第一個條件是滿足的。
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22:18.240
row echelon form的第二個條件,leading entry有沒有擺成echelon form的樣子呢,我們把三個leading entry,三個row的leading entry都用藍色的圈圈把它捲起來,然後發現說它們都是從左上排到右下,所以它們是echelon form,所以這個metric它是row echelon form。
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22:38.400
但接下來的問題就是,所以row echelon form是沒有問題的,接下來的問題是,它是不是reduce的row echelon form呢,檢查它是不是reduce row echelon form呢,你要先看說它的leading entry是不是在一個standard vector裡面。
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22:56.640
那你發現說,第一個leading entry它是在一個standard vector裡面,第二個leading entry也是在standard vector裡面,第三個leading entry也是在standard vector裡面,所以它是一個reduce row echelon form,就這樣子。
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23:14.240
那這邊reduce row echelon form有一個有趣的,有一個很重要的性質,那這個性質並沒有在課本裡面被證明它只是跟你說有這麼一件事,那它的證明其實放在appendix裡面,那這是,我就註明一下放在課本第五百七十七頁,在appendix裡面。
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23:37.000
那這個我們今天先不證明,就只告訴你它是怎麼回事。reduce row echelon form,它是unique的,你有一個matrix,每一個matrix它都只會有一個reduce row echelon form。
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23:56.040
你要把一個matrix,你做elementary row operation,做種種操作,你把它變成一個reduce row echelon form,不管你的elementary row operation的操作的順序是如何,不管你用了哪些elementary row operation的操作,最終一個matrix的reduce row echelon form一定是一樣的。
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24:18.760
但是row echelon form可能會有很多個不一樣的樣子,舉例來說,今天我有一個matrix長這樣,我們做了一些elementary row operation,轉成row echelon form,這個時候我們先來檢查一下它是不是row echelon form。
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24:36.480
它沒有zero的color,然後我們把leading entry都找出來,它確實是一個row echelon form,但是row echelon form只會有這個嗎?其實不是,為什麼?你可以再做一些elementary row operation,它仍然是row echelon form,但是跟最上面這個matrix不一樣。
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24:57.920
舉例來說,你把第三個row都乘3,那你就變成下面這個matrix,它仍然是左邊這個matrix的row echelon form,但是它跟上面這個是不一樣的。
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25:15.120
或者是說,你可以把下面第三個row乘上-3,再加上去,乘上-3,再加到第二個row,你又得到一個新的matrix,它也是row echelon form,但它又是不一樣的matrix。
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25:38.640
所以一個matrix它會有好幾個row echelon form,一個matrix你對它做elementary row operation,它可能有好幾個row echelon form,但最終如果你一旦把它弄成reduce row echelon form的話,它是唯一的。
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25:53.620
所以這就是為什麼我們要把一個matrix弄成reduce row echelon form,而不是只有弄成echelon form,因為如果只弄成echelon form,它不是唯一的。
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26:02.540
但是你一路把它做各種的elementary row operation,做到它變成reduce row echelon form,你會發現說,所有的elementary row operation都殊途同歸,你會得到同一個reduce row echelon form。
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26:16.400
那接下來,在下課之前希望跟大家講的就是,我這邊要定義另外一個東西叫做private column,在講reduce row echelon form什麼時候得到solution之前,要定義一個東西叫做private column。
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26:33.060
那我們現在有一個matrix A,做完reduce row echelon form以後,它變成R,你可以很快的瞄檢查一下說,R是不是reduce row echelon form,它的zero row在最底下,它的leading entry,我們把leading entry都框出來,leading entry有擺成階梯的樣子,所以這也沒有問題。
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26:53.400
在leading entry,有沒有都在standard vector裡面,這是一個standard vector,這是一個standard vector,這都是一個standard vector,所以這是一個Rref,沒有問題。
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27:03.300
如果你今天找出reduce row echelon form裡面leading entry的位置,把這些位置對應到原來的matrix裡面,這些位置叫做private position,leading entry在的position叫做A的private position。
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27:28.840
所以現在A這個matrix,它有三個private position,private position所在的column就叫做private column,private如果你不知道什麼意思,它就是中樞樞紐的意思,代表很重要的意思就對了,我們下一堂課會告訴你說,這些private column是如何的重要。
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27:50.800
那這個leading entry所在的這些position的column就是private column,所以A有三個private column,第一個column,第三個column,第四個column,它們是private column。
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28:04.660
接下來就是要講說,給你一個reduce row echelon form,你怎麼看出它的solution,那我們這邊就舉幾個例子,我們知道說解有三種解,要嘛唯一解,要嘛無窮多解,要嘛無解,所以我們就是各舉一個例子。
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28:21.640
我們先來看唯一解的例子,reduce row echelon form整理成什麼樣子會是唯一解呢?這邊有一個matrix,它是在reduce row echelon form,可以輕易地檢查一下reduce row echelon form的三個條件,看看它是不是reduce row echelon form。
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28:39.120
整理完,拿法確定它是reduce row echelon form以後,你把它轉回原來的system of linear equation,記得我們在做reduce row echelon form的時候,最後一個column代表的是你的新的constant b,前面三個column分別代表對應到x1,x2,x3,三個variable。
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29:03.280
所以左邊這個reduce row echelon form轉成system of linear equation以後,它是一個非常trivial的system of linear equation,它的解你一秒鐘就可以看出來,就是x1等於-4,x2等於-5,x3等於3,就是它的解,然後它只有唯一解。
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29:19.860
從這個例子裡面,你可以得到一個結論,如果今天reduce row echelon form去掉最後一個column以後,它是一個identity的matrix,identity matrix大家還記得嗎,identity matrix的定義就是只有斜對角線是1,其他都是0。
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29:40.000
如果做完reduce row echelon form以後,你發現說去掉最後一個column,你的reduce row echelon form的這個matrix,它是一個identity matrix的話,那一秒鐘你也不用還原回原來的system of linear equation,一秒鐘你就知道說它有唯一解。
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30:00.480
接下來舉的例子是有無窮多解的狀況,如果無窮多解的狀況reduce row echelon form看起來像是什麼樣子呢,這邊有某一個system of linear equation的augmenting matrix的reduce row echelon form,你可以很快的檢查一下它是不是符合reduce row echelon form的定義。
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30:19.220
我們現在把它還原回原來的system of linear equation,還原回來以後就長這個樣子,第一個row對應到1倍的x1加負3倍的x2加2倍的x4等於7,1倍的x1減3倍的x2加2倍的x4等於7。
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30:42.960
第二個row對應到1倍的x3加6倍的x4等於9,1倍的x3加6倍的x4等於9,第三個對應到x5等於2,x5等於2,最下面那個row它什麼也沒說,它只告訴你0等於0,所以你其實可以把它拿掉,當作沒有看到這樣,你可以把它拿掉。
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31:02.780
接下來你就可以進行一番整理,事實上在這個system of linear equation裡面,你目前馬上知道的線索只有x5等於2,除了x5等於2以外,其餘的variable你其實沒有辦法馬上決定說它的數值是多少,我們現在確定x5等於2。
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31:28.220
那接下來你根據另外兩個式子,你把左邊的對應到leading entry的那一個variable把它留下來,其他把它趕到右邊去,所以得到x3等於9減6倍的x4。
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31:46.620
第一個equation,你把leading entry留下來,其他趕到右邊去,其他趕到右邊去,怎麼寫這麼長,不知道在做什麼,把它趕到右邊去,得到x1等於7加3倍x2減2倍的x4,那x2跟x4我們是不知道的,我們就說它是free的,它可以放任何值。
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32:09.160
好,x2跟x4我們是沒有限制的,所以它是free variable,x1、x3跟x5我們是有限制的,所以我們說它是basic的variable。
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32:20.420
好,那現在呢,你已經列出x1到x5的式子以後,你根據這個式子,你就可以寫出一個叫做parametric的representation。
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32:31.560
那如果今天我們在一個system of linear equation裡面有free variable的話,那就代表說有無窮多解,因為free variable沒有任何constraint,你可以帶任何的數值,你可以帶負無窮大到無窮大。
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32:46.940
那你今天x2跟x4,你可以帶任何數值,x2跟x4帶不同的數值,你就有不同的x1跟x3,所以今天如果你有free variable的話,那你就有無窮多解。
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33:02.440
那我們可以把上面這個式子整理成一個parametric的representation,那對這個parametric representation來說,x1就等於7加3倍x2減2倍的x4,那x3就等於9減6倍x4,x5就等於2。
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33:23.940
x2跟x4因為我們不知道它是多少,我們就說x2等於x2,x4等於x4。而在這個式子裡面,x2跟x4是未知的,你可以把x2單獨提出來,你可以把x4單獨提出來。
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33:39.900
所以你整理一下就得到說,今天x1到x5,它們的solution你可以表示成70902這個vector,加上x2倍的31000,加上x4倍的-20-61,x2它前面在第一個dimension它的係數乘1,第二個dimension係數乘3,然後接下來乘1,然後接下來是000,所以這邊是31000。
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34:04.980
這邊是乘-2乘0乘-6乘0乘0,不好意思說錯了,這邊是乘-2乘0乘-6乘1乘0,所以這邊是-20-610,這樣大家知道這個parametric representation的意思嗎?
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34:22.380
好,所以這個x2跟x4你可以代任意的值,所以你知道說今天這個System of Linear Equation它有無窮多解。然後我們接下來來很快的看一個無解的狀況,那今天我們有一個reduced row echelon form長這樣,那你可以很快的根據三個條件check一下它是reduced row echelon form,接下來把它還原回System of Linear Equation。
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34:45.100
當你把它還原成System of Linear Equation的時候,你會發現說第三個row,第三個row告訴我們說0倍的x1加0倍的x2加0倍的x3會等於1,這顯然是矛盾的,所以今天這個System of Linear Equation它是無解的,它是inconsistent。
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35:07.180
或者是你其實不需要把這個matrix轉回去這個System of Linear Equation,你用眼睛看就可以知道說它是inconsistent,你用眼睛看就可以知道說它是無解的,怎麼用眼睛看呢?
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35:28.620
如果你發現某一個row它只有最後一維非0,它前面除了最後一維以外其他地方都是0,只有最後一維非0,那它就是inconsistent的結束,就這樣。
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35:46.700
所以我們就是給你看了三個case,分別是有解的,然後有唯一解的,無窮多解的,跟無解的,它們的reducible hreform看起來是什麼樣子。
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36:00.060
那我們其實就停在這邊,那下次會非常非常快地跟你講一下什麼是高斯消去法,但是不會詳細地告訴你說高斯消去法有哪些的tips,那其實課本裡面是有花很多力氣跟你講高斯消去法的步驟的,那其實也是蠻複雜的,那其實就是留給大家自己去看。
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36:24.700
那整個高斯消去法它的大原則,它的大方向是你把原來的augmented matrix做一連串的elementary row operation變成row hreform,再做一連串的elementary row operation變成reduce row hreform。
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36:43.780
那我並不會花太多時間講高斯消去法的過程,或者是說把它編成歌讓你來記,因為你今天真的要算,你就是用程式算了,所以學這個用筆算其實是沒什麼太大的意義,我不知道意義何在,就是練習讓你的心情比較平靜而已。
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37:07.580
所以我不知道說學這個有什麼意義,所以我並不會花太多時間叫你練習說怎麼做高斯消去法,你可以自己看一下課本的過程。
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37:17.460
然後另外,高斯消去法其實你也不一定要完全按照高斯消去法的那些步驟來做,只要做elementary row operation,你做出來最後三號,它是一個reduce row hreform就結束了。
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37:32.500
因為不管你今天的步驟如何,reduce row hreform它是唯一的,所以你只要找得到一個reduce row hreform,你就得到結果,你並不需要擔心說,如果我沒按照那個高斯消去法,找出來的結果會不會不一樣,導致我算出來的solution會不一樣,不會,因為reduce row hreform是唯一的。
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38:32.500
我的社團是ntu11-linear-algebra-2018,那我可以現在就幫你account,你先搜尋看,因為後面有個2018,對,不錯。
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39:03.500
電子檔啊,我其實也沒有這樣子,對,對,對,你,Ct部分的詳解,Ct就在課本裡啊,你知道我不能隨便散佈電子檔,你們自己去搜一下這樣子,或者是我相信你們一定知道在哪裡可以買得到對不對,
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39:27.500
不是有一些迪迪店都會賣那個intel的版本給你嗎,你隨便問一個同學這樣子,你知道嗎,對,對,對,沒錯,你有申請加入,好,謝謝,謝謝。
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39:54.500
想請問,就是你做記憶體的實作這麼長的時間來說,你覺得記憶體會對那個,如果你有一個很好的CPU,但是記憶體的那個容量會影響到程式大概上面的運算的那個效能,對,當然是會的啦,那首先我需要強調一下就是說,我們其實都是用GPU來跑這樣子,主要是用GPU來跑,但GPU的記憶體的大小是會很有影響的,尤其是你的GPU記憶體不夠大,
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40:23.500
那你就沒有辦法一次進行大量的運算,其實我們在計算的時候都會開一個東西叫做Batch,就是把很多筆資料放在一起,那如果Batch太小的話,算起來就不夠快這樣子。
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40:33.500
所以電腦原本他的那張記憶體其實是還好的,那個沒有那麼重要的,那個就沒有那麼影響,對,對,對,主要是那個顯卡的那個記憶體,對,對,對,沒錯,沒錯,謝謝,謝謝,謝謝。
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41:00.500
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