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克罗内克积【kronecker product】

逐心者 2023-05-03 原文

克罗内克积[Kronecker product]

已知矩阵A和矩阵B。
A m n = [ a 11 a 12 . . . a 1 n a 21 a 22 . . . a 2 n . . . . . . . . . . . . a m 1 a m 2 . . . a m n ] , B p q = [ b 11 b 12 . . . b 1 q b 21 b 22 . . . b 2 q . . . . . . . . . . . . b p 1 b p 2 . . . b p q ] \textbf{A}_{mn}=\begin{bmatrix} a_{11} & a_{12} & ... & a_{1n} \\ a_{21} & a_{22} & ... & a_{2n} \\ ... & ... & ... & ... \\ a_{m1} & a_{m2} & ... & a_{mn} \\ \end{bmatrix},\textbf{B}_{pq}=\begin{bmatrix} b_{11} & b_{12} & ... & b_{1q} \\ b_{21} & b_{22} & ... & b_{2q} \\ ... & ... & ... & ... \\ b_{p1} & b_{p2} & ... & b_{pq} \\ \end{bmatrix} Amn= a11a21...am1a12a22...am2............a1na2n...amn ,Bpq= b11b21...bp1b12b22...bp2............b1qb2q...bpq
进行克罗内克积运算
A ⊗ B = [ a 11 B a 12 B . . . a 1 n B a 21 B a 22 B . . . a 2 n B . . . . . . . . . . . . a m 1 B a m 2 B . . . a m n B ] = [ a 11 b 11 . . . a 11 b 1 q a 12 b 11 . . . a 12 b 1 q . . . a 1 n b 11 . . . a 1 n b 1 q . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . a 11 b p 1 . . . a 11 b p q a 12 b p 1 . . . a 12 b p q . . . a 1 n b p 1 . . . a 1 n b p q a 21 b 11 . . . a 21 b 1 q a 22 b 11 . . . a 22 b 1 q . . . a 2 n b 11 . . . a 2 n b 1 q . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . a 21 b p 1 . . . a 21 b p q a 22 b p 1 . . . a 22 b p q . . . a 2 n b p 1 . . . a 2 n b p q . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . a m 1 b 11 . . . a m 1 b 1 q a m 2 b 11 . . . a m 2 b 1 q . . . a m n b 11 . . . a m n b 1 q . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . a m 1 b p 1 . . . a m 1 b p q a m 2 b p 1 . . . a m 2 b p q . . . a m n b p 1 . . . a m n b p q ] \textbf{A}\otimes \textbf{B}=\begin{bmatrix} a_{11}\textbf{B} & a_{12}\textbf{B} & ... & a_{1n}\textbf{B} \\ a_{21}\textbf{B} & a_{22}\textbf{B} & ... & a_{2n}\textbf{B} \\ ... & ... & ... & ... & \\ a_{m1}\textbf{B} & a_{m2}\textbf{B} & ... & a_{mn}\textbf{B} \\ \end{bmatrix}=\\ \begin{bmatrix} a_{11}b_{11} & ... & a_{11}b_{1q} & a_{12}b_{11} & ... & a_{12}b_{1q} & ... & a_{1n}b_{11} & ... & a_{1n}b_{1q} \\ ... & ... & ... & ... & ... & ... & ... & ... & ... & ... \\ a_{11}b_{p1} & ... & a_{11}b_{pq} & a_{12}b_{p1} & ... & a_{12}b_{pq} & ... & a_{1n}b_{p1} & ... & a_{1n}b_{pq} \\ a_{21}b_{11} & ... & a_{21}b_{1q} & a_{22}b_{11} & ... & a_{22}b_{1q} & ... & a_{2n}b_{11} & ... & a_{2n}b_{1q} \\ ... & ... & ... & ... & ... & ... & ... & ... & ... & ... \\ a_{21}b_{p1} & ... & a_{21}b_{pq} & a_{22}b_{p1} & ... & a_{22}b_{pq} & ... & a_{2n}b_{p1} & ... & a_{2n}b_{pq} \\ ... & ... & ... & ... & ... & ... & ... & ... & ... & ... \\ a_{m1}b_{11} & ... & a_{m1}b_{1q} & a_{m2}b_{11} & ... & a_{m2}b_{1q} & ... & a_{mn}b_{11} & ... & a_{mn}b_{1q} \\ ... & ... & ... & ... & ... & ... & ... & ... & ... & ... \\ a_{m1}b_{p1} & ... & a_{m1}b_{pq} & a_{m2}b_{p1} & ... & a_{m2}b_{pq} & ... & a_{mn}b_{p1} & ... & a_{mn}b_{pq} \\ \end{bmatrix} AB= a11Ba21B...am1Ba12Ba22B...am2B............a1nBa2nB...amnB = a11b11...a11bp1a21b11...a21bp1...am1b11...am1bp1..............................a11b1q...a11bpqa21b1q...a21bpq...am1b1q...am1bpqa12b11...a12bp1a22b11...a22bp1...am2b11...am2bp1..............................a12b1q...a12bpqa22b1q...a22bpq...am2b1q...am2bpq..............................a1nb11...a1nbp1a2nb11...a2nbp1...amnb11...amnbp1..............................a1nb1q...a1nbpqa2nb1q...a2nbpq...amnb1q...amnbpq

性质[properties]

Kronecker product张量积 [tensor product] 的一种特殊形式,具有如下性质:
A ⊗ ( B + C ) = A ⊗ B + A ⊗ C , ( B + C ) ⊗ A = B ⊗ A + C ⊗ A , ( k A ) ⊗ B = k A ⊗ B , ( A ⊗ B ) ⊗ C = A ⊗ ( B ⊗ C ) \textbf{A}\otimes (\textbf{B}+\textbf{C})=\textbf{A}\otimes \textbf{B}+\textbf{A}\otimes \textbf{C},\\ (\textbf{B}+\textbf{C})\otimes \textbf{A}=\textbf{B}\otimes \textbf{A}+\textbf{C}\otimes \textbf{A},\\ (k\textbf{A})\otimes\textbf{B}=k\textbf{A}\otimes \textbf{B},\\ (\textbf{A}\otimes\textbf{B})\otimes\textbf{C}=\textbf{A}\otimes(\textbf{B}\otimes\textbf{C}) A(B+C)=AB+AC,(B+C)A=BA+CA,(kA)B=kAB,(AB)C=A(BC)
【注:还有其他性质,可参考Wikipedia中的详述,如果后续应用过程中遇到相关性质再进行补充】

参考资料

Kronecker product in Wikipedia

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