dyadic product (外積, outer product)の性質

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dyadic product (外積, outer product)の性質 - (2010/11/10 (水) 10:48:37) のソース

 ''[[特異値分解と一般化逆行列]]も参照''

 あるデータ列に対する分散共分散行列なんかは,dyadic productで与えられる。
 <math>C = \frac{1}{n} \mathbf{\phi(x_n)} \mathbf{\phi(x_n)}^T </math>
 ただし,<math>\phi</math> は適当な特徴空間への写像。

== Definition ==
 '''Def. as Tensor Product'''
 基底を1つとって固定する。
 <math>\mathbf{x,y} \in \mathbb{R}^n</math> の成分表示を,
 <math>\mathbf{x} := \sum_i^n x_i \mathbf{e}_i</math>
 <math>\mathbf{y} := \sum_i^n y_i \mathbf{e}_i</math>
 とおく。
 このとき,x と y の Dyadic Product とは,以下で定義されるテンソル積である。
 <math>\mathbf{x} \otimes \mathbf{y} := \sum_{i,j} x_i y_j \mathbf{e}_i \otimes \mathbf{e}_j</math>

== Dyadic Product の成分表示 ==
 Dyadic はまた,次のように行列として成分表示することができる。
 <math>\mathbf{x} \otimes \mathbf{y} \sim \mathbf{x} \mathbf{y}^\mathrm{T} = \begin{pmatrix} x_1 y_1 & \cdots & x_1 y_n \\ \vdots & \ddots & \vdots \\ x_n y_1 & \cdots & x_n y_n \end{pmatrix}</math>
 即ち,ij成分は基底のテンソル積<math>\mathbf{e}_i \otimes \mathbf{e}_j</math>の係数を表している。
 x y^T の形の積を,Outer Product などと呼ぶこともある。

== Dyadic Product の性質 ==
 成分表示から分かるように,各行ベクトルは互いに平行である。
 列ベクトルもまた互いに平行である。
 <math>\mathbf{x} \mathbf{y}^\mathrm{T} = \begin{pmatrix} x_1 \mathbf{y}^\mathrm{T} \\ \vdots \\ x_n \mathbf{y}^\mathrm{T} \end{pmatrix} = \begin{pmatrix} \mathbf{x} y_1 & \cdots & \mathbf{x} y_n\end{pmatrix}</math>

 任意のベクトルのy成分を取り出して,x方向に回転させる線形写像である。
 <math>\mathbf{x} \mathbf{y}^\mathrm{T} \mathbf{v} = (\mathbf{y} \cdot \mathbf{v}) \mathbf{x}</math>
 従って特に,固有ベクトルはxと平行である。

 Dyadic Product の行列としての rank は 1 である。
 <math>\mbox{rank} \ (\mathbf{x} \mathbf{y}^\mathrm{T}) = \mbox{rank} \ (\mathbf{y}^\mathrm{T} \mathbf{x}) = 1</math>
 ⇒ 従って有効な固有値は1個だけ。他はゼロ。
 ⇒ 定理により,トレースは固有値の和になるから,非零固有値は内積で与えられることが分かる。
 <math>\lambda = \mbox{tr} (\mathbf{x} \mathbf{y}^\mathrm{T}) = \sum_i x_i y_i = \mathbf{x} \cdot \mathbf{y}</math>

== Dyadic Product の和 ==
 <math>\sum_i^M \mathbf{x}_i \otimes \mathbf{y}_i </math> の rank は 高々min(M,n)

== 自分自身との Dyadic Product ==
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