克羅內克積
克羅內克積
數學上,克羅內克積是兩個任意大小的矩陣間的運算。克羅內克積是張量積的特殊形式,以德國數學家利奧波德·克羅內克命名。
如果A是一個的矩陣,而B是一個的矩陣,克羅內克積則是一個的分塊矩陣
更具體地可表示為
克羅內克積是張量積的特殊形式,因此滿足雙線性與結合律:
其中,A,B和C是矩陣,而k是常量。
克羅內克積不符合交換律:通常,不同於。
和 是置換等價的,也就是說,存在置換矩陣P和Q,使得
如果A和B是方塊矩陣,則 和 甚至是置換相似的,也就是說,我們可以取。
如果A、B、C和D是四個矩陣,且矩陣乘積AC和BD存在,那麼:
這個性質稱為“混合乘積性質”,因為它混合了通常的矩陣乘積和克羅內克積。於是可以推出,是可逆的當且僅當A和B是可逆的,其逆矩陣為:
如果A是矩陣,B是矩陣,表示單位矩陣,那麼我們可以定義克羅內克和為:
矩陣的克羅內克積對應於線性映射的抽象張量積。特別地,如果向量空間V、W、X和Y分別具有基和,且矩陣A和B分別在恰當的基中表示線性變換和,那麼矩陣表示兩個映射的張量積,關於的基和的類似基。
兩個圖的鄰接矩陣的克羅內克積是它們的張量積圖的鄰接矩陣。兩個圖的鄰接矩陣的克羅內克和,則是它們的笛卡兒積圖的鄰接矩陣。
克羅內克積轉置運算符合分配律:
克羅內克積可以用來為一些矩陣方程得出方便的表示法。例如,考慮方程,其中A、B和C是給定的矩陣,X是未知的矩陣。我們可以把這個方程重寫為
這樣,從克羅內克積的性質可以推出,方程具有唯一的解,當且僅當A和B是非奇異矩陣。(Horn & Johnson 1991,Lemma 4.3.1).
在這裡,vec(X)表示矩陣X的向量化,它是把X的所有列堆起來所形成的列向量。
如果把X的行堆起來,形成列向量x,則也可以寫為(Jain 1989,2.8 block Matrices and Kronecker Products)。
儘管沒有明顯證據證明利奧波德·克羅內克是第一個定義並使用這一運算的人,克羅內克積還是以其名字命名。確實,在歷史上,克羅內克積曾以Johann Georg Zehfuss名字命名為Zehfuss矩陣。