1. 向量范数
1.1 Lp 范数
Lp 范数是向量空间中的一组范数。
1.1.1 定义
Lp(x)=∣x∣p=(∑i=1n∣xi∣p)p1
其中, p≥1,x={x1,x2,⋯,xn} 。
1.1.2 分类
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p=−∞:∣x∣∞=p→−∞lim(i=1∑n∣xi∣p)p1=imin∣xi∣
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p=1:∣x∣1=i=1∑n∣xi∣,即 L1 范数是向量各分量绝对值之和,又称为曼哈顿距离。
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p=2:∣x∣2=i=1∑n∣xi∣2,L2 范数也称为欧式距离。
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p=+∞:∣x∣∞=p→+∞lim(i=1∑n∣xi∣p)p1=imax∣xi∣,L∞ 也称为无穷范数或最大范数。
2. 矩阵范数
设域 K 上 m 行 n 列的矩阵空间 Km×n,则定义矩阵的范数为函数 ∥⋅∥:Km×n→R,且 ∀α∈K,∀A,B∈Km×n 满足以下条件:
- ∥A∥≥0,且 ∥A∥=0⇔A=0m,n(严格正定性)
- ∥αA∥=∣α∣∥A∥(线性性)
- ∥A+B∥≤∥A∥+∥B∥(三角不等式)
2.1 Lp 范数诱导的矩阵范数
∣A∣p=maxx=0∣x∣p∣Ax∣p=maxx=0(∑j=1n∣xj∣p)p1(∑i=1m∣∑j=1naijxj∣p)p1
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p=1:∣A∣1=1≤j≤nmaxi=1∑m∣aij∣
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p=2:∣A∣2=λmax(A∗A),此时诱导的矩阵范数称为谱范数,即为 A 的最大奇异值,其中 A∗ 表示 A 的共轭转置。
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p=∞:∣A∣∞=1≤i≤mmaxj=1∑n∣aij∣
2.2 Frobenius 范数
矩阵 A 的 Frobenius 范数定义为
∥A∥F=i∑mj∑n∣aij∣2=trace(A∗A)=i=1∑min{m,n}σi2(A)
其中,A∗ 表示 A 的共轭转置,σi 是 A 的奇异值,trace 为迹函数。
附录