欧几里得范数（常用的三种矩阵范数是什么）

本文目录

• 常用的三种矩阵范数是什么
• 浅谈L0,L1,L2范数及其应用
• 欧几里得范数的平方功率
• 什么是“欧几里德范数”（Euclidean norm）
• 这个复数矩阵的1、2、∞范数分别是什么
• 什么是谱范数
• a=，求教a共轭的欧几里得范数怎么求
• 欧几里德范数
• 什么范数，谱..
• 一个向量函数的范数可以怎么定义，请给一个例子

常用的三种矩阵范数是什么

L0范数：

L1范数：

L2范数：

常用的三种p-范数诱导出的矩阵范数是：

1-范数：║A║1 = max{ ∑|ai1|, ∑|ai2| ,…… ,∑|ain| } (列和范数，A每一列元素绝对值之和的最大值)　(其中∑|ai1|第一列元素绝对值的和∑|ai1|=|a11|+|a21|+...+|an1|,其余类似)；

2-范数：║A║2 = A的最大奇异值 = ( max{ λi(A^H*A) } ) ^{1/2} (欧几里德范数,谱范数,即A^H*A特征值λi中最大者λ1的平方根，其中A^H为A的转置共轭矩阵)；

∞-范数：║A║∞ = max{ ∑|a1j|, ∑|a2j| ,..., ∑|amj| } (行和范数，A每一行元素绝对值之和的最大值)　(其中为∑|a1j| 第一行元素绝对值的和，其余类似)

扩展资料：

一般来讲矩阵范数除了正定性，齐次性和三角不等式之外，还规定其必须满足相容性：║XY║≤║X║║Y║。所以矩阵范数通常也称为相容范数。　

如果║·║α是相容范数，且任何满足║·║β≤║·║α的范数║·║β都不是相容范数，那么║·║α称为极小范数。对于n阶实方阵(或复方阵)全体上的任何一个范数║·║，总存在唯一的实数k》0，使得k║·║是极小范数。

注：如果不考虑相容性，那么矩阵范数和向量范数就没有区别，因为m*n矩阵全体和m*n维向量空间同构。引入相容性主要是为了保持矩阵作为线性算子的特征，这一点和算子范数的相容性一致，并且可以得到Mincowski定理以外的信息。

浅谈L0,L1,L2范数及其应用

原文传送门： 浅谈L0,L1,L2范数及其应用   浅谈L0,L1,L2范数及其应用在线性代数，函数分析等数学分支中，范数（Norm）是一个函数，其赋予某个向量空间（或矩阵）中的每个向量以长度或大小。对于零向量，另其长度为零。直观的说，向量或矩阵的范数越大，则我们可以说这个向量或矩阵也就越大。有时范数有很多更为常见的叫法，如绝对值其实便是一维向量空间中实数或复数的范数，而Euclidean距离也是一种范数。 范数的一般化定义：设p≥1的实数，p-norm定义为： ||x||p:=(∑i=1n∣∣xi∣∣p)1p(1) 此处，当p=1时，我们称之为taxicab Norm，也叫Manhattan Norm。其来源是曼哈顿的出租车司机在四四方方的曼哈顿街道中从一点到另一点所需要走过的距离。也即我们所要讨论的l1范数。其表示某个向量中所有元素绝对值的和。 而当p=2时，则是我们最为常见的Euclidean norm。也称为Euclidean distance。也即我们要讨论的l2范数。 而当p=0时，因其不再满足三角不等性，严格的说此时p已不算是范数了，但很多人仍然称之为l0范数。 这三个范数有很多非常有意思的特征，尤其是在机器学习中的正则化（Regularization）以及稀疏编码（Sparse Coding）有非常有趣的应用。 下图给出了一个Lp球的形状随着P的减少的可视化图。 1- L0 范数虽然L0严格说不属于范数，我们可以采用等式 1 来给出l0-norm得定义： ||x||0:=0∑i=0nx0i‾‾‾‾‾‾⎷(2) 上面的公式仍然让人不是很明白，0的指数和平方根严格意义上是受限条件下才成立的。因此在实际应用中，多数人给出下面的替代定义： ||x||0=#(i)withxi≠0(3) 其表示向量中所有非零元素的个数。正是L0范数的这个属性，使得其非常适合机器学习中 稀疏编码 ，特征选择的应用。通过最小化L0范数，来寻找最少最优的稀疏特征项。但不幸的是，L0范数的最小化问题在实际应用中是NP难问题。因此很多情况下，L0优化问题就会被relaxe为更高维度的范数问题，如L1范数，L2范数最小化问题。 2- L1 范数对于向量X，其L1范数的定义如下： ||x||1:=∑i=1n∣∣xi∣∣(4) 其应用范围非常的广泛。如在计算机视觉中的 Sum of Absolute Differents ， Mean Absolute Error ，都是利用L1范式的定义。 L1最优化问题的解是稀疏性的，其倾向于选择很少的一些非常大的值和很多的insignificant的小值。而L2最优化则更多的非常少的特别大的值，却又很多相对小的值，但其仍然对 最优化解有significant的贡献。 但从最优化问题解的平滑性来看，L1范数的最优解相对于L2范数要少，但其往往是最优解，而L2的解很多，但更多的倾向于某种局部最优解。 但由于L1范数并没有平滑的函数表示，起初L1最优化问题解决起来非常困难，但随着计算机技术的到来，利用很多凸优化算法使得L1最优化成为可能。 3- L2 范数当然范数中最常见，也最著名的非L2范数莫属。其应用也几乎包括科学和工程的各个领域。定义公式如下： ||x||2:=∑i=1nx2i‾‾‾‾‾‾⎷(5) 也Euclidean Norm，如果用于计算两个向量之间的不同，即是Euclidean Distance. 欧几里德范数的最优化问题可以用如下公式表述： min||x||2subjecttoAx=b(6) 借助拉格朗日乘子，我们便可以解决该最优化问题。由L2衍生，我们还可以定义无限norm，即l-infinity norm： ||x||∞:=∞∑i=1nx∞i‾‾‾‾‾‾⎷(7) 一眼看上去上面的公式还是有点tricky的。我们通过一个简单的数学变换，假设X_j是向量中最大的元素，则根据无限大的特性，我们可以得到： x∞j》》x∞i∨j≠i 则可知 ∑i=1nx∞i=x∞j 则根据公式（7）的定义，我们可以得到： ||x||∞=∞∑i=1nx∞i‾‾‾‾‾‾⎷=∞x∞j‾‾‾√=∣∣xj∣∣ 因此我们便可以说l-infinity norm是X向量中最大元素的长度。 ||x||∞=max(∣∣xj∣∣)(8) 4- 机器学习中的应用不知道有多少人是因为机器学习中的正则化和特征选择等才开始了解这些范数的，至少我是。L0范数本身是特征选择的最直接最理想的方案，但如前所述，其不可分，且很难优化，因此实际应用中我们使用L1来得到L0的最优凸近似。L2相对于L1具有更为平滑的特性，在模型预测中，往往比L1具有更好的预测特性。当遇到两个对预测有帮助的特征时，L1倾向于选择一个更大的特征。而L2更倾向把两者结合起来。 4-1 正则化 在机器学习中正则化是指在损失函数中通过引入一些额外的信息，来防止 ill-posed 问题或 过拟合 问题。一般这些额外的信息是用来对模型复杂度进行惩罚（ Occam’s razor ）。其一般形式如下： Loss(X,Y)=Error(X,Y)+α∣∣∣∣w∣∣∣∣(9) ∣∣∣∣w∣∣∣∣便可以选取L1或是L2范数来作为惩罚项，不同的模型，其损失函数也不同，对于线性回归而言，如果惩罚项选择L1，则是我们所说的 Lasso回归 ，而L2则是 Ridge回归 。下面我们列出了不同模型中的正则化的损失函数（来自Andrew Ng的 Machine Learning 课程）： Regularized Logistic Regression J(θ)=−1m+λ2m∑j=1nθ2j Regularized Neural Network J(θ)=−1m+λ2m∑l=1L−1∑i=1sl∑j=1sl+1(θ(l)ji)2 Soft Margin SVM 12|w|2+C∑imax(0,1−yi(w⊺xi+b)) 从上面可以看出常用的正则化项多是L2范数，除了防止过拟合的问题，还有一个好处就是能否改善ill-posed(condition)问题。尤其是当训练样本相对于特征数非常少时，其矩阵便是非满秩的，往往倾向于有无数个解，且是不可逆的。其 condition num 便会很大。一方面，根据此得到的最优化值很不稳定，往往某个特征变量很小的变动都会引发最终结果较大的偏差。另外通过矩阵求逆从而求的最优解就会变的非常困难。如对于线性回归而言，求的最优解析解为： wˆ=(XTX)−1XTy 而加上L2正则项后，其变为： w⋅=(XTX+λI)−1XTy 从而可以直接求逆，改善了condition number。 而对于无解析解，通过迭代优化的算法，L2正则化通过将目标函数变为λ-strongly convex（λ强凸），有效的加快了其收敛速度。 4-2 贝叶斯先验 正则化项从贝叶斯学习理论的角度来看，其相当于一种先验函数。即当你训练一个模型时，仅仅依靠当前的训练集数据是不够的，为了实现更好的预测（泛化）效果，我们还应该加上先验项。而L1则相当于设置一个Laplacean先验，去选择MAP（maximum a posteriori）假设。而L2则类似于 Gaussian先验。如下图所示： 从上图可以看出，L1先验对大值和小值的tolerate都很好，而L2先验则倾向于均匀化大值和小值。 4-3 特征选择与稀疏编码 机器学习社区里通常把特征选择的方法分为三种。一种是基于统计学的一些方法，对特征进行预筛选，选出子集作为模型输入。如统计推理使用的假设检验，P值。另一种是采用某种成熟的学习算法进行特征选择，如决策树中采用信息增益来选择特征。还有一种便是在模型算法中进行自动特征选择。而L1范数作为正则化项，其特征选择的图谱倾向于spiky，实现了有效的特征选择。 稀疏编码也是想通过寻找尽可能少的特征表达某个输入的向量X。 mina(j)i,ϕi∑j=1m∣∣∣∣∣∣∣∣x(j)−∑i=1ka(j)iϕi∣∣∣∣∣∣∣∣2+λ∑i=1kS(a(j)i) 其中ϕi是所要寻找的基向量，a(j)i是我们要优化的各个基向量的权重。最右边的表达式便是其正则化惩罚项，在这里也称Sparse Cost。实际中我们通常便用L1范数。 5 参考 Wiki: Norm . Rorasa’s blog . MaxJax . 机器学习中的范数规范化 . Difference between l1 and l2 . gradient-descent-wolfe-s-condition-and-logistic-regression .

欧几里得范数的平方功率

向量范数1-范数：即向量元素绝对值之和，matlab调用函数norm(x, 1) 。2-范数：Euclid范数（欧几里得范数，常用计算向量长度），即向量元素绝对值的平方和再开方，matlab调用函数norm(x, 2)。范数：即所有向量元素绝对值中的最大值，matlab调用函数norm(x, inf)。范数，即所有向量元素绝对值中的最小值，matlab调用函数norm(x, -inf)。p-范数，即向量元素绝对值的p次方和的1/p次幂，matlab调用函数norm(x, p)。矩阵范数1-范数：， 列和范数，即所有矩阵列向量绝对值之和的最大值，matlab调用函数norm(A, 1)。2-范数：，为的最大特征值，，谱范数，即A’A矩阵的最大特征值的开平方。matlab调用函数norm(x, 2)。范数：，行和范数，即所有矩阵行向量绝对值之和的最大值，matlab调用函数norm(A, inf)。F-范数：，Frobenius范数，即矩阵元素绝对值的平方和再开平方，matlab调用函数norm(A, ’fro‘)。核范数： ，是A的奇异值。即奇异值之和。

什么是“欧几里德范数”（Euclidean norm）

Euclidean范数指得就是通常意义上的距离范数。

比如||X||=ρ(X,0)=Sqrt(X1^2+X2^2+...+Xn^2)

扩展资料

欧几里德为了教学的需要编成了一部“几何学要”。

这部书共分十五卷，第一、二、三、四、六卷都是关于平面几何的。第五卷是关于一般的比例图形。第七、八、九卷是关于算术方面的。第十卷是关于直线上的点。最后五卷则是关于立体几何的。

这部书的材料虽然大部分是前人留下来的，证题方法也多沿用希腊人的，但欧几里德不仅增加了自己的工作，最主要的是建立了严格的几何的体系。他把以前不严格的证明重加论证，再经过一番非常精细的整理和排列。

他整理出的这一套几何体系在几何学中占据了统治的地位达二千多年，那时欧几里德的名字可以说是几何学的同义语。

这个复数矩阵的1、2、∞范数分别是什么

这个根据定义带入即可1-范数：║A║1 = max{ ∑|ai1|, ∑|ai2| ,…… ,∑|ain| } (列和范数，A每一列元素绝对值之和的最大值)　(其中∑|ai1|第一列元素绝对值的和∑|ai1|=|a11|+|a21|+...+|an1|,其余类似)；显然|3+i|最大为根号102-范数：║A║2 = A的最大奇异值 = ( max{ λi(A^H*A) } ) ^{1/2} (欧几里德范数,谱范数,即A^H*A特征值λi中最大者λ1的平方根，其中A^H为A的转置共轭矩阵)；求出A^HA的特征值即可∞-范数：║A║∞ = max{ ∑|a1j|, ∑|a2j| ,..., ∑|amj| } (行和范数，A每一行元素绝对值之和的最大值)　(其中为∑|a1j| 第一行元素绝对值的和，其余类似)；显然第一行和的绝对值最大为|5-i|=根号26

什么是谱范数

谱范数，即A^H*A特征值λi中最大者λ1的平方根，其中AH为A的转置共轭矩阵。

公式：║A║2 = A的最大奇异值 = (max{ λi(AH*A) }) 1/2 。

其他常用的一种种p-范数推导出的矩阵范数：

1-范数：

║A║1 = max{ ∑|ai1|，∑|ai2|，……，∑|ain| } （列和范数，A每一列元素绝对值之和的最大值）（其中∑|ai1|第一列元素绝对值的和∑|ai1|=|a11|+|a21|+...+|an1|，其余类似）；

扩展资料：

简介：

矩阵范数（matrix norm）是数学中矩阵论、线性代数、泛函分析等领域中常见的基本概念，是将一定的矩阵空间建立为赋范向量空间时为矩阵装备的范数。

应用中常将有限维赋范向量空间之间的映射以矩阵的形式表现，这时映射空间上装备的范数也可以通过矩阵范数的形式表达。

a=，求教a共轭的欧几里得范数怎么求

%X为向量，求欧几里德范数，即 。n = norm(X,inf) %求 无穷-范数，即 。n = norm(X,1) %求1-范数，即 。n = norm(X,-inf) %求向量X的元素的绝对值的最小值，即 。n = norm(X, p) %求p-范数，即 ，所以norm(X,2) = norm(X)。命令 矩阵的范数函数 norm格式 n = norm(A) %A为矩阵，求欧几里德范数 ，等于A的最大奇异值。n = norm(A,1) %求A的列范数 ，等于A的列向量的1-范数的最大值。n = norm(A,2) %求A的欧几里德范数 ，和norm(A)相同。n = norm(A,inf) %求行范数 ，等于A的行向量的1-范数的最大值即：max(sum(abs(A’)))。n = norm(A, ’fro’ ) %求矩阵A的Frobenius范数 ，矩阵元p阶范数估计需要自己编程求，计算公式如下举个例子吧a=magic(3)sum(sum(abs(a)^4))^(1/4)a = 8 1 6 3 5 7 4 9 2ans = 19.7411

欧几里德范数

以下摘自时空交互的博客.欧式范数其实就是三维空间距离向欧式空间的延伸. 欧式范数：在欧式空间里,它表示两点间的距离(向量x的模长).至于欧式空间的定义可以查查百度百科. 欧式范数也称为2-范数,其定义式为： 可见,就是N维空间下的距离的定义. 类似的形式一般化后,就是所谓p-范数,其定义式为： 特别地,有∞-范数,其定义式为：

什么范数，谱..

　　谱范数是由p-范数诱导出的矩阵范数：　　2-范数：║A║2 = A的最大奇异值 = ( max{ λi(A^H*A) } ) ^{1/2}　　(欧几里德范数,谱范数,即A’A特征值λi中最大者λ1的平方根，其中A^H为A的转置共轭矩阵)。　　范数是数学中的一种基本概念，在泛函分析中，范数是一种定义在赋范线性空间中函数，满足相应条件后的函数都可以被称为范数。　　常用的三种p-范数诱导出的矩阵范数是：　　1-范数：║A║1 = max{ ∑|ai1|，∑|ai2|，……，∑|ain| } （列和范数，A每一列元素绝对值之和的最大值）　　（其中∑|ai1|第一列元素绝对值的和∑|ai1|=|a11|+|a21|+...+|an1|，其余类似）；　　2-范数：║A║2 = A的最大奇异值 = (max{ λi(AH*A) }) 1/2 （谱范数，即A^H*A特征值λi中最大者λ1的平方根，其中AH为A的转置共轭矩阵）；　　∞-范数：║A║∞ = max{ ∑|a1j|，∑|a2j|,...，∑|amj| } （行和范数，A每一行元素绝对值之和的最大值）

一个向量函数的范数可以怎么定义，请给一个例子

一个向量的范数可以由其分量的平方和的算术根确定，如果这个向量是x的函数，则对该算术根按函数的范数定义取范数，如该算术根在区间上平方积分的算术根，也可以定义为该向量范数在区间上的绝对值的最大值等等。