칼레만 행렬

Carleman matrix

수학에서 칼레만 행렬함수 구성행렬 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 ( ) 칼레만 행렬은 다음과 같이 정의된다.

(테일러 시리즈) 방정식을 만족시키기 위해:


예를 들어, ( ) 연산 기준

간단히 열 벡터,x , , 의 1행의 도트-제품에 해당되며,

다음 행에 M [ ]{\M[의 항목은 다음과 f( ){\ f)}의 두 번째 전원을 공급한다

또한, [ 에서f (x ) {\displaystyle 의 제로스파워를 가지기 위해 0을 포함하는 행 0을 첫 번째 위치를 제외한 모든 곳에 채택한다.

따라서 열 벡터[ ,. .] {\ 의 도트 곱은, 벡터[,( x), ( x) 2,. },

벨 매트릭스

함수 ( ) Bell 행렬은 다음과 같이 정의된다.

그 방정식을 만족시키기 위해.

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] 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.

또는 [ = M[ 여기서 ( )= + )- x )_ 이를 통해 매트릭스 검정력은 다음과 같이 연관될 수 있다.

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. { ) 기본도 () ()
Let be such that where .
Now
Comparing the first and the last term, and from being a base for , and it follows that

)= 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.

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 역함수(Carleman 매트릭스가 반전 가능한 경우)이다.

상수의 칼레만 행렬은 다음과 같다.

ID 함수의 칼레만 행렬은 다음과 같다.

Carleman 매트릭스는 다음과 같다.

후속 함수의 칼레만 행렬은 이항계수와 동일하다.

로그의 칼레만 행렬은 요인별로 크기가 조정된 첫 번째 유형의 스털링(서명) 숫자와 관련이 있다.

로그의 칼레만 행렬은 요인별로 크기가 조정된 첫 번째 유형의 스털링(서명되지 않은) 숫자와 관련이 있다.

지수함수의 칼레만 행렬은 요인들에 의해 크기가 조정되는 두 번째 종류의 스털링 숫자와 관련이 있다.

지수함수의 칼레만 행렬은 다음과 같다.

상수 배수의 칼레만 행렬은 다음과 같다.

선형 함수의 칼레만 행렬은 다음과 같다.

x)= k= k ^{만 행렬은 다음과 같다

함수 )= = f x^{의 칼레만 행렬은 다음과 같다.

칼레만 근사

다음과 같은 자율 비선형 시스템을 고려하십시오.

여기서 는 시스템 상태 벡터를 나타낸다. 또한 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.

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

여기서 a = ! [ = k= ! g [ = {1}{

따라서 원래 상태의 높은 순서에 대해 다음과 같은 선형 시스템을 얻는다.

k == = i- 1 [ [- - , and similarly n}^{[

Kronecker 제품 운영자를 채용하여 근사치 시스템을 다음과 같은 형태로 제시한다.

여기서 =[ x[ . . . x , A, , r 0 행렬은 (Hashemian 및 Armaou 2015)에 정의되어 있다.[2]

참고 항목

참조

  1. ^ Jabotinsky, Eri (1963). "Analytic Iteration". Transactions of the American Mathematical Society. 108 (3): 457–477. JSTOR 1993593.
  2. ^ Hashemian, N.; Armaou, A. (2015). "Fast Moving Horizon Estimation of nonlinear processes via Carleman linearization". IEEE Proceedings: 3379–3385. doi:10.1109/ACC.2015.7171854. ISBN 978-1-4799-8684-2. S2CID 13251259.