Добуток Кронекера — бінарна операція над матрицями довільного розміру, позначається . Результатом є блочна матриця.
Добуток Кронекера не слід путати зі звичайним множенням матриць. Операція названа на честь німецького математика Леопольда Кронекера.
Визначення Якщо A — матриця розміру m×n, B — матриця розміру p×q, тоді добутком Кронекера є блочна матриця розміру mp×nq
Білінійність, асоціативність та некомутативність Добуток Кронекера є частковим випадком тензорного добутку, отже він є білінійним та асоціативним:
де A, B та C є матрицями, а k — скаляр.
Добуток Кронекера не є комутативним. Хоча, завжди існують такі матриці перестановки P та Q, що
Якщо A та B квадратні матриці, тоді A B та B A є перестановочно подібними, тобто, P = QT.
, де - одинична матриця.
Транспонування Операція транспонування є дистрибутивною відносно добутку Кронекера
Мішаний добуток Якщо A, B, C та D є матрицями такого розміру, що існують добутки AC та BD, тоді
A B є оборотною тоді і тільки тоді коли A та B є оборотними, і тоді
Сума та експонента Кронекера Якщо A — матриця розміру n×n, B — матриця розміру m×m і — одинична матриця розміру k×k тоді ми можемо визначити суму Кронекера , як
Також справедливо
Спектр, слід та визначник Якщо A та B квадратні матриці розміру n та q відповідно. Якщо λ1, …, λn — власні значення матриці A та μ1, …, μq власні значення матриці B. Тоді власними значеннями A B є
Слід та визначник добутку Кронекера рівні
Сингулярний розклад та ранг Якщо матриця A має rA ненульових сингулярних значень:
Ненульові сингулярні значення матриці B:
Тоді добуток Кронекера A B має rArB ненульових сингулярних значень
Ранг матриці рівний кількості ненульових сингулярних значень, отже
Блокові версії добутку Кронекера
У випадку блочних матриць можуть використовуватися операції, які пов'язані з добутком Кронекера однак відрізняються порядком перемноження блоків. Такими операціями є добуток Трейсі – Сінгха () і добуток Хатрі-Рао.
Добуток Трейсі-Сінгха Вказана операція множення блокових матриць полягає в тому, що кожен блок лівої матриці множиться послідовно на блоки правої матриці. При цьому формується структура нової матриці, яка відрізняється від характерної для добутку Кронекера. Добуток Трейсі - Сінгха визначається як
Наприклад:
Добуток Хатрі-Рао
Даний варіант добутку визначений для матриц з однаковою блоковою структурою. Він передбачає, що операція кронекерівського добутку виконується поблоково, в межах однойменних матричних блоків за аналогією з поелементним добутком Адамара, тільки при цьому в якості елементів задіяні блоки матриць, а для переноження блоків використовується добуток Кронекера.
Торцевий добуток
Властивості мішаних добутків: , де означає торцевий добуток
,
За аналогією: ,
, де і - вектори,
Thomas D. Ahle, Jakob Bæk Tejs Knudsen. Almost Optimal Tensor Sketch. Published 2019. Mathematics, Computer Science, ArXiv , Аналогічно:
, де означає векторну згортку, а є матрицею дискретного перетворення Фур'є,
, де означає стовпцевий добуток Хатрі-Рао
Окрім того: ,
, де і - вектори.
Див. також Список об'єктів, названих на честь Леопольда Кронекера Добуток Хатрі-Рао
Джерела
Примітки