01204472/การทดลองเกี่ยวกับเมตริกซ์

หน้านี้เป็นส่วนหนึ่งของวิชา 01204472

Orthogonal matrices

เราจะทดลองสร้าง orthogonal matrices โดยการหาเวกเตอร์ที่ตั้งฉากกัน

สุ่มเวกเตอร์

ใน pylab เราสามารถสุ่มเวกเตอร์ได้โดยใช้คำสั่ง rand [1] ซึ่งจะสามารถสร้าง array ตามมิติที่เราระบุได้ เช่น

>>> rand(5)
array([ 0.46074869,  0.45697852,  0.72675971,  0.87655621,  0.59247653])

เราสามารถสร้างเมตริกซ์จาก array ดังกล่าวได้โดยสั่ง matrix แต่เมตริกซ์ที่ได้จะเป็นเมตริกซ์ที่มี 1 แถว ไม่ใช่คอลัมน์เวกเตอร์ที่เราต้องการ แต่เราสามารถ transpose ได้โดยเรียก attribute T ของผลลัพธ์ดังกล่าว เช่น

>>> matrix(rand(5)).T
matrix([[ 0.50004005],
        [ 0.41567827],
        [ 0.56018141],
        [ 0.37370744],
        [ 0.29102686]])

จงเขียนฟังก์ชัน runit(n) ที่สุ่มเวกเตอร์ที่มีขนาด 1 หน่วยที่มีขนาด n

เวกเตอร์ที่ตั้งฉากกัน

ในส่วนนี้ เราจะสนใจกรณีของเวกเตอร์ขนาด 5 เท่านั้น ใช้ฟังก์ชัน runit() สุ่มเวกเตอร์ v1 จากนั้นสุ่มเวกเตอร์ u2 ให้ทดสอบว่าเวกเตอร์ u2 นั้นขนานกับ v1 หรือไม่ (มีโอกาสน้อยมากที่จะเกิดขึ้น) จากนั้นให้คำนวณหา

• เวกเตอร์ u2a และ u2b ที่ u2 = u2a + u2b และ u2a นั้นตั้งฉากกับ v1
• ให้เวกเตอร์ v2 เท่ากับเวกเตอร์ที่มีทิศทางเดียวกับ u2a แต่มีขนาด 1 หน่วย
  • ทดลองได้ว่า v2.T * v1 เท่ากับ 0 หรือไม่

จากขั้นตอนดังกล่าว เราจะสามารถสุ่มเวกเตอร์ v3 ที่ตั้งฉากกับทั้ง v1 และ v2 ได้

ให้เขียนฟังก์ชัน randorth(vlist,n) ที่รับรายการของเวกเตอร์ขนาด n และคือ unit vector ที่ตั้งฉากกับเวกเตอร์ทุกเวกเตอร์ในรายการ

ให้ใช้ฟังก์ชันดังกล่าว หาเวกเตอร์ v3, v4, และ v5 ที่เป็น unit vector ที่ตั้งฉากกันทั้งหมด

หมายเหตุ: ทดลองหา vector v6 ที่ตั้งฉากกับทุก ๆ เวกเตอร์

เมื่อเราได้เวกเตอร์ที่มีคุณสมบัติดังกล่าวแล้ว เราสามารถสร้างเมตริกซ์ Q ที่เป็น orthogonal matrix ได้ไม่ยาก ทดลองสร้างและตรวจสอบว่า Q เป็น orthogonal matrix จริงหรือไม่

การแก้ Linear equations

ทดลองการแก้สมการ

ในปัญหา polynomial interpoation เราทราบจุด $(x_{0},f(x_{0})),(x_{1},f(x_{1})),\ldots ,(x_{d},f(x_{d}))$ ของ polynomial $f$ ที่มี degree $d$