数学中的矩阵是什么意思，有什么用？

_?? 女朋友 2024-05-16 07:19:54

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又轮到我这个十八线科普网红：超模君出场了。在《线性代数》书中，行列式和矩阵总是如影随行，而且两个确实长得很相似，所以也经常有人混淆两者。矩阵：有勾必火
虽然这个时代很看颜值（矩阵有勾，确实比较火一点），不过超模君可不是这么肤浅，超模君还是很看重内涵。行列式：是指将一些数据建立成计算方阵，经过规定的计算方法最终得到一个数。换句话说，行列式代表的是一个值。而矩阵则不同，矩阵表示的是一个数表，是一个数据的集合体。换句话说，矩阵更神似于一张n行m列的数字表格，或者excel表。最近这几天，京西旅馆的大厨还没到位，采购蔬菜的事情还是落在了小天的身上。这不，精打细算（抠门）的刘强西就派小天到村头菜市场、村尾王大妈菜摊和隔壁村老王农场去调研不同菜品的价格，说是不能乱花一分钱。小天分别去三个地方分别调研了三种菜品，发现价格真有不同。而之后小天便将得到的数据用矩阵表示出来。刘强西看到小天提供的矩阵：这是什么鬼，小天，你干嘛用矩阵来表示呀？小天：因为矩阵也是一种表示**度数据的方式呀！刘强西：但这个比excel表难看，不喜欢，而且没什么用。小天此时露出鄙夷的眼光：刘boss，你竟然说矩阵没什么用（这个也不怪你，就是现在还有人说数学没什么用），其实之所以做成矩阵的形式，就为了四个字：便于计算。我记得上一次你还跟我说过三种蔬菜的需求量，那我们将需求量做成需求矩阵b：
那我们就可以得到三个地方的价格（价格矩阵c）：
如果此时我们再考虑距离因素和时间成本，那也就是增加距离矩阵d和时间矩阵e，最后再用上我们最简单的运算法则：加减乘除。那这样的话，我们就可以对三个购菜点进行综合评估，选出最好的供应商了。刘强西：小天越来越聪明了，讲的很有道理。小天：我一直都很聪明。据知情人士爆料，矩阵最开始是用于线性变换。那什么是线性变换？向量空间v到其自身的映射称为v的变换，v到v的线性映射称为v的线性变换，简言之，线性映射就是保持线性关系的映射。超模君，咱能好好得讲话吗？行行行，就来！从最简单的例子来说，假设x是(a,b,c)这样的数字向量，那么我们经常讲的线性方程组就是对于这个向量做变换，而矩阵乘法就是用来接线性方程组的。那当我们把x看成函数，我们常讲的微分运算也是一种线性变换，而此时的矩阵乘法则是被用来解微分方程。学过气象的同学应该对矩阵也很了解，因为他们经常会用矩阵运算来对未来的天气进行预测。每一天的天气状况在观测后就会是一个具体值，而在观测到之前，我们可以把它想象成一个概率的向量（比如今天的气温22°c的概率是85%，23°c的概率是10%，24°c的概率是5%）。然后呢，假设每一天的天气和前一天的天气构成马尔可夫链：
马尔可夫链（markov chain），描述了一种状态序列，其每个状态值取决于前面有限个状态。马尔可夫链是具有马尔可夫性质的随机变量的一个数列。也就是说明天的天气是今天天气的线性变换，所以矩阵的乘法可以帮助你预测n天后的天气。从刚才讲的几个例子，各位模友可能会发现：
好像很多东西都是线性变换啊？原因还简单，以为线性关系足够简单，就比如牛顿定理f=ma。事实上，无论是大数学家还是大物理学家，每个人都希望用最简单的方式去解决问题，还有在我们的数学建模竞赛中，一种简单明了的算法总是会比各种复杂算法更容易让人接受。而这种对于线性关系的追求，其实也是能力所限制，当我们不知道所研究的对象服从什么规则的时候，我们通常会假设这个现象是服从线性关系（不因为别的，还是因为简单）。如果太复杂了的怎么办，我们也总是会在复杂的内部关系里面找出线性关系的存在。你看，线性关系的基础就是ax+b，没错，这里的运算规则就只有乘法和加法（相信小学就会了）。矩阵的运算其实就是简单的乘法和加法，而矩阵的出现，也是为了让我们能更好地处理更**度的数据情况。 20210311

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