范数(norm)是一个数学概念,用于衡量向量或矩阵的“长度”或“大小”。在线性代数、泛函分析及相关数学领域中,范数是一个函数,它将向量空间中的所有向量映射为非零的正长度或大小。范数具有以下性质:
非负性:
对于任何向量或矩阵,其范数总是非负的,即 ||x|| ≥ 0。
齐次性:
对于任何标量c和向量x,有 ||cx|| = |c| ||x||。
三角不等式:
对于任何两个向量x和y,有 ||x + y|| ≤ ||x|| + ||y||。
范数的类型包括:
向量范数:
衡量单个向量的大小。常见的向量范数有:
1-范数:向量中各元素绝对值之和,也称为列和范数。
2-范数:向量中各元素的平方和的平方根,也称为Euclid范数或谱范数。
∞-范数:向量中各元素绝对值的最大值,也称为行和范数。
0-范数:向量中非零元素的个数。
矩阵范数:
衡量矩阵引起的变化的大小。常见的矩阵范数有:
1-范数:矩阵中每一列的绝对值之和的最大值。
2-范数:矩阵的最大奇异值,也称为谱范数。
∞-范数:矩阵中每一行的绝对值之和的最大值。
范数在许多数学和工程问题中都有广泛应用,例如在优化、信号处理、系统控制等领域。通过引入范数,可以更方便地研究向量空间和矩阵的性质,以及它们之间的相似性和距离。
建议在实际应用中,根据具体问题的需求选择合适的范数类型,以便更有效地解决问题。