수학에서 칼레만 행렬은 함수 구성을 행렬 곱셈으로 변환하는 데 사용되는 행렬이다. 패턴 인식만으로는 반복할 수 없는 기능의 연속적인 반복을 찾기 위해 반복 이론에 자주 사용된다. 칼레만 행렬의 다른 용도는 확률 생성 함수 이론과 마르코프 체인에 있다.
정의
무한히 다른 기능 ( ) 의 칼레만 행렬은 다음과 같이 정의된다
.
![M[f]_{{jk}}={\frac {1}{k!}}\left[{\frac {d^{k}}{dx^{k}}}(f(x))^{j}\right]_{{x=0}}~,](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/f4403f8a3cf6059a61c85b4e2467c4a85f54b92e)
(테일러 시리즈) 방정식을 만족시키기 위해:
![(f(x))^{j}=\sum _{{k=0}}^{{\infty }}M[f]_{{jk}}x^{k}.](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/03463b6cd637cee2f67b82f27d2090ea727f8911)
예를 들어, ( ) 의
연산 기준
![f(x)=\sum _{{k=0}}^{{\infty }}M[f]_{{1,k}}x^{k}.~](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/dbf258551c796e545bf7fb64d108e36a767bb4de)
간단히
열 벡터,x , , 의 1행의 도트-제품에 해당되며,
다음 행에
M [ ]{\M[의 항목은 다음과 f( ){\ f)}의 두 번째 전원을 공급한다
![f(x)^{2}=\sum _{{k=0}}^{{\infty }}M[f]_{{2,k}}x^{k}~,](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/de8b11d0f8a91e4c2ced42170a60b0caf19a7384)
또한, [ 에서
f (x ) {\displaystyle 의 제로스파워를 가지기 위해
0을 포함하는 행 0을 첫 번째 위치를 제외한 모든 곳에 채택한다.
![f(x)^{0}=1=\sum _{{k=0}}^{{\infty }}M[f]_{{0,k}}x^{k}=1+\sum _{{k=1}}^{{\infty }}0*x^{k}~.](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/89492b7c2e86da2ea5950181e03c2401bba682e4)
따라서 열 벡터
[ ,. .] {\ 의 도트 곱은, 열
벡터[,( x), ( x) 2,. },
![M[f]*\left[1,x,x^{2},x^{3},...\right]^{\tau }=\left[1,f(x),(f(x))^{2},(f(x))^{3},...\right]^{\tau }.](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/11b855ee48ed632f75da2451b603eb0aa244af0f)
벨 매트릭스
함수 ( ) 의 Bell 행렬은 다음과 같이 정의된다
.
![B[f]_{{jk}}={\frac {1}{j!}}\left[{\frac {d^{j}}{dx^{j}}}(f(x))^{k}\right]_{{x=0}}~,](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/6edf4d35ab6f9257f7c0341aa0aed08fcb35e32a)
그 방정식을 만족시키기 위해.
![(f(x))^{k}=\sum _{{j=0}}^{{\infty }}B[f]_{{jk}}x^{j}~,](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/8781733a538855e58051ba92c69fe22d63c9c1d0)
그래서 위 Carleman 매트릭스의 전치물이다.
자보틴스키 매트릭스
Eri Jabotinsky는 다항식의 경련을 표현하기 위한 목적으로 1947년 행렬의 개념을 개발했다. 1963년에 그는 "표현 매트릭스"라는 용어를 도입했고, 그 개념을 양방향 무한 매트릭스로 일반화했다.[1] 이
글에서는 )= x + = a k k=}\k}}}}{k}}}}}}} 유형의 기능만 논의한다. 몇몇 저자들은 벨 행렬을 (D. Knuth 1992, W.D. Lang 2000) 이후 "자보틴스키 행렬"이라고 부르는데,[full citation needed] 아마도 이것은 좀 더 표준적인 이름으로 커질 것이다.
일반화
함수의 칼레만 행렬의 일반화는 다음과 같은 모든 점을 중심으로 정의할 수 있다.
![M[f]_{{x_{0}}}=M_{x}[x-x_{0}]M[f]M_{x}[x+x_{0}]](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/60545c7d7eebc706af5c420424fc18ead0ffe7cc)
또는 [ = M[ 여기서
( )= + )- x )_
이를 통해 매트릭스 검정력은 다음과 같이 연관될 수 있다.
![(M[f]_{{x_{0}}})^{n}=M_{x}[x-x_{0}]M[f]^{n}M_{x}[x+x_{0}]](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/65827d744752dfa269cee519bb7d75f49f94575c)
제너럴 시리즈
- 그것을 더욱 일반화하는 또 다른 방법은 다음과 같은 방법으로 일반 시리즈를 생각해 보는 것이다.
- Let
be a series approximation of
, where
is a basis of the space containing 
- We can define
, therefore we have
, nou 우리는 [ = [ [ [\ f라는 것을 증명할 수 있다.
{ ) 의
기본도 () 및
() 
- Let
be such that
where
. - Now
![{\displaystyle \sum _{n}G[g\circ f]_{mn}\psi _{n}=\psi _{l}\circ (g\circ f)=(\psi _{l}\circ g)\circ f=\sum _{m}G[g]_{lm}(\psi _{m}\circ f)=\sum _{m}G[g]_{lm}\sum _{n}G[f]_{mn}\psi _{n}=\sum _{n,m}G[g]_{lm}G[f]_{mn}\psi _{n}=\sum _{n}(\sum _{m}G[g]_{lm}G[f]_{mn})\psi _{n}}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/4b00c95ee186e5f7edd35a3d569a44b6116a7f0c)
- Comparing the first and the last term, and from
being a base for
,
and
it follows that
예
)= 을
설정하면 칼레만 행렬이 있다.
If
is an ortonormal basis for a Hilbert Space with a defined inner product
, we can set
and
will be
. If
we have the analogous for Fourier Series, namely
행렬 속성
이러한 행렬은 다음과 같은 기본적인 관계를 만족시킨다.
![M[f\circ g]=M[f]M[g]~,](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/8e00d6d5242cbe33b61cac226a4616334e0c3764)
![B[f\circ g]=B[g]B[f]~,](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/f01891f569a74b4504402346d43146891660285b)
which makes the Carleman matrix M a (direct) representation of
, and the Bell matrix B an anti-representation of
. Here the term
denotes the composition of functions
.
기타 속성에는 다음이 포함된다.
여기서 은(는) 반복 함수로서
여기서 - 1 은 역함수(Carleman 매트릭스가 반전 가능한 경우)이다
.
예
상수의 칼레만 행렬은 다음과 같다.
![M[a]=\left({\begin{array}{cccc}1&0&0&\cdots \\a&0&0&\cdots \\a^{2}&0&0&\cdots \\\vdots &\vdots &\vdots &\ddots \end{array}}\right)](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/27037f56eb81c02bca3637d7fa1a64a7acf69290)
ID 함수의 칼레만 행렬은 다음과 같다.
![M_{x}[x]=\left({\begin{array}{cccc}1&0&0&\cdots \\0&1&0&\cdots \\0&0&1&\cdots \\\vdots &\vdots &\vdots &\ddots \end{array}}\right)](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/060db1559fd634af4732397f145102b847ee28d0)
Carleman 매트릭스는 다음과 같다.
![M_{x}[a+x]=\left({\begin{array}{cccc}1&0&0&\cdots \\a&1&0&\cdots \\a^{2}&2a&1&\cdots \\\vdots &\vdots &\vdots &\ddots \end{array}}\right)](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/4f3fea6f7f68d36e2bd565f790c580d6cf3638c7)
후속 함수의 칼레만 행렬은 이항계수와 동일하다.
![{\displaystyle M_{x}[1+x]=\left({\begin{array}{ccccc}1&0&0&0&\cdots \\1&1&0&0&\cdots \\1&2&1&0&\cdots \\1&3&3&1&\cdots \\\vdots &\vdots &\vdots &\vdots &\ddots \end{array}}\right)}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/dfd6f916a9d60728ea980fae6cac9e59c61c578a)
![{\displaystyle M_{x}[1+x]_{jk}={\binom {j}{k}}}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/a24191e059d1693cc283f0e99fb9de0c8f473b0b)
로그의 칼레만 행렬은 요인별로 크기가 조정된 첫 번째 유형의 스털링(서명) 숫자와 관련이 있다.
![{\displaystyle M_{x}[\log(1+x)]=\left({\begin{array}{cccccc}1&0&0&0&0&\cdots \\0&1&-{\frac {1}{2}}&{\frac {1}{3}}&-{\frac {1}{4}}&\cdots \\0&0&1&-1&{\frac {11}{12}}&\cdots \\0&0&0&1&-{\frac {3}{2}}&\cdots \\0&0&0&0&1&\cdots \\\vdots &\vdots &\vdots &\vdots &\vdots &\ddots \end{array}}\right)}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/61170871a71104a2460fbca6ffedd2a2d18d37a5)
![{\displaystyle M_{x}[\log(1+x)]_{jk}=s(k,j){\frac {j!}{k!}}}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/08aa68c6365aea61ce9dfca0b36f57ce265f7aed)
로그의 칼레만 행렬은 요인별로 크기가 조정된 첫 번째 유형의 스털링(서명되지 않은) 숫자와 관련이 있다.
![{\displaystyle M_{x}[-\log(1-x)]=\left({\begin{array}{cccccc}1&0&0&0&0&\cdots \\0&1&{\frac {1}{2}}&{\frac {1}{3}}&{\frac {1}{4}}&\cdots \\0&0&1&1&{\frac {11}{12}}&\cdots \\0&0&0&1&{\frac {3}{2}}&\cdots \\0&0&0&0&1&\cdots \\\vdots &\vdots &\vdots &\vdots &\vdots &\ddots \end{array}}\right)}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/46a8b609d493fb9b990b72713526cb0e214639db)
![{\displaystyle M_{x}[-\log(1-x)]_{jk}=|s(k,j)|{\frac {j!}{k!}}}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/cc7dc6e5117d3f9472837983f4c5cf3fb0ac7f0d)
지수함수의 칼레만 행렬은 요인들에 의해 크기가 조정되는 두 번째 종류의 스털링 숫자와 관련이 있다.
![{\displaystyle M_{x}[\exp(x)-1]=\left({\begin{array}{cccccc}1&0&0&0&0&\cdots \\0&1&{\frac {1}{2}}&{\frac {1}{6}}&{\frac {1}{24}}&\cdots \\0&0&1&1&{\frac {7}{12}}&\cdots \\0&0&0&1&{\frac {3}{2}}&\cdots \\0&0&0&0&1&\cdots \\\vdots &\vdots &\vdots &\vdots &\vdots &\ddots \end{array}}\right)}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/60dcc5bc8118a4d12edab88fe4d1b55bdf45750b)
![{\displaystyle M_{x}[\exp(x)-1]_{jk}=S(k,j){\frac {j!}{k!}}}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/88f9a96182d5979c945be545163e45b0ce248e6d)
지수함수의 칼레만 행렬은 다음과 같다.
![{\displaystyle M_{x}[\exp(ax)]=\left({\begin{array}{ccccc}1&0&0&0&\cdots \\1&a&{\frac {a^{2}}{2}}&{\frac {a^{3}}{6}}&\cdots \\1&2a&2a^{2}&{\frac {4a^{3}}{3}}&\cdots \\1&3a&{\frac {9a^{2}}{2}}&{\frac {9a^{3}}{2}}&\cdots \\\vdots &\vdots &\vdots &\vdots &\ddots \end{array}}\right)}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/ba38bbc8a6ed091fce516b7d31e2fcf28d0cf561)
![{\displaystyle M_{x}[\exp(ax)]_{jk}={\frac {(ja)^{k}}{k!}}}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/b2ee0d7ea2fd8ded162198b085659a006b84cbfc)
상수 배수의 칼레만 행렬은 다음과 같다.
![M_{x}[cx]=\left({\begin{array}{cccc}1&0&0&\cdots \\0&c&0&\cdots \\0&0&c^{2}&\cdots \\\vdots &\vdots &\vdots &\ddots \end{array}}\right)](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/d29dc047a6112f5ff455b1dffd13a54b90102b18)
선형 함수의 칼레만 행렬은 다음과 같다.
![M_{x}[a+cx]=\left({\begin{array}{cccc}1&0&0&\cdots \\a&c&0&\cdots \\a^{2}&2ac&c^{2}&\cdots \\\vdots &\vdots &\vdots &\ddots \end{array}}\right)](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/9a3518b703f7d0701200e12ef02d74528bb03450)
x)= k= k ^{만 행렬은
다음과 같다
![M[f]=\left({\begin{array}{cccc}1&0&0&\cdots \\0&f_{1}&f_{2}&\cdots \\0&0&f_{1}^{2}&\cdots \\\vdots &\vdots &\vdots &\ddots \end{array}}\right)](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/fa0961a60884bc09a9405dea90f500a8747aea25)
함수 )= = f x^{의 칼레만 행렬은 다음과
같다.
![M[f]=\left({\begin{array}{cccc}1&0&0&\cdots \\f_{0}&f_{1}&f_{2}&\cdots \\f_{0}^{2}&2f_{0}f_{1}&f_{1}^{2}+2f_{0}f_{2}&\cdots \\\vdots &\vdots &\vdots &\ddots \end{array}}\right)](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/f14d52bc552668f19232bd0c31b6d90279d1bfb5)
칼레만 근사
다음과 같은 자율 비선형 시스템을 고려하십시오.

여기서 는 시스템
상태 벡터를 나타낸다. 또한 및
s는 분석 벡터 함수로 알려져 있으며, j 은 시스템에
대한 알 수 없는 교란 의 j h {\j^{th이다
.
원하는 공칭 지점에서 위 시스템의 비선형 함수는 Taylor 확장에 의해 근사치를 구할 수 있다.
![{\displaystyle f(x)\simeq f(x_{0})+\sum _{k=1}^{\eta }{\frac {1}{k!}}\partial f_{[k]}\mid _{x=x_{0}}(x-x_{0})^{[k]}}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/e84b18169cca116cea6b7cab49bd085358d2edf6)
where
is the
partial derivative of
with respect to
at
and
denotes tHe t 크론커
제품.
일반성의 상실 없이 x 이 원점에 있다고
가정한다.
테일러 근사치를 시스템에 적용하면
![{\displaystyle {\dot {x}}\simeq \sum _{k=0}^{\eta }A_{k}x^{[k]}+\sum _{j=1}^{m}\sum _{k=0}^{\eta }B_{jk}x^{[k]}dj}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/24d25912c1223a9c1513f4235d2fdbcb42f77fed)
여기서 a = ! [ = 및
k= ! g [ = {1}{
따라서 원래 상태의 높은 순서에 대해 다음과 같은 선형 시스템을 얻는다.
![{\displaystyle {\frac {d(x^{[i]})}{dt}}\simeq \sum _{k=0}^{\eta -i+1}A_{i,k}x^{[k+i-1]}+\sum _{j=1}^{m}\sum _{k=0}^{\eta -i+1}B_{j,i,k}x^{[k+i-1]}d_{j}}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/dd0b8b3adffc2c4d6bacf9eb517a4471755af0a3)
서 k == = i- 1 [ [- -
, and similarly n}^{[
Kronecker 제품 운영자를 채용하여 근사치 시스템을 다음과 같은 형태로 제시한다.
![{\displaystyle {\dot {x}}_{\otimes }\simeq Ax_{\otimes }+\sum _{j=1}^{m}[B_{j}x_{\otimes }d_{j}+B_{j0}d_{j}]+A_{r}}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/65d5ed5157c6aaaa06fa46899e1a2f24fccf5fa6)
여기서 =[ x[ . . . x
, A, , r 및 0 행렬은
(Hashemian 및 Armaou 2015)에 정의되어 있다.[2]
참고 항목
참조
- R 알드로반디, 수학물리학 특별매트릭스: Stochastic, Circulant and Bell Matrix, World Scientific, 2001. (프리뷰)
- R. 알드로반디, L. P. 프리타스, Dynamic Maps의 Continuous Iteration of Dynamic Maps, 온라인 사전 인쇄, 1997.
- P. Graalwicz, K. Kowalski, 반복 지도 및 Carleman 선형화로부터 지속적인 시간 진화, 온라인 사전 인쇄, 2000.
- K Kowalski와 W-H Steeb, 비선형 동적 시스템 및 칼레만 선형화, 세계 과학, 1991. (사전)
- D. Knuth, Convolution Polyomials arXiv 온라인 프린트, 1992년
- 자보틴스키, 에리: 매트릭스에 의한 기능 표현. Faber Polyomials 적용: 미국수학회의 절차, 제4권, 제4권 (1953년 8월), 페이지 546–553 안정 jstor-URL