Matriisin singulaariarvohajotelma

Tämän tutkielman tarkoituksena on esitellä ja todistaa matriisin singulaariarvohajotelma, jonka mukaan jokainen m x n matriisi A voidaan esittää muodosssa A=USV^T, missä matriisit U ja V ovat ortogonaalisia ja S on diagonaalimatriisi. Tuloksen muotoa voidaan verrata matriisin diagonalisoituvuuteen....

Full description

Bibliographic Details
Main Author: Kirsilä, Jaakko
Other Authors: Matemaattis-luonnontieteellinen tiedekunta, Faculty of Sciences, Matematiikan ja tilastotieteen laitos, Department of Mathematics and Statistics, Jyväskylän yliopisto, University of Jyväskylä
Format: Master's thesis
Language:fin
Published: 2021
Subjects:
Online Access: https://jyx.jyu.fi/handle/123456789/74092
_version_ 1828193057320730624
author Kirsilä, Jaakko
author2 Matemaattis-luonnontieteellinen tiedekunta Faculty of Sciences Matematiikan ja tilastotieteen laitos Department of Mathematics and Statistics Jyväskylän yliopisto University of Jyväskylä
author_facet Kirsilä, Jaakko Matemaattis-luonnontieteellinen tiedekunta Faculty of Sciences Matematiikan ja tilastotieteen laitos Department of Mathematics and Statistics Jyväskylän yliopisto University of Jyväskylä Kirsilä, Jaakko Matemaattis-luonnontieteellinen tiedekunta Faculty of Sciences Matematiikan ja tilastotieteen laitos Department of Mathematics and Statistics Jyväskylän yliopisto University of Jyväskylä
author_sort Kirsilä, Jaakko
datasource_str_mv jyx
description Tämän tutkielman tarkoituksena on esitellä ja todistaa matriisin singulaariarvohajotelma, jonka mukaan jokainen m x n matriisi A voidaan esittää muodosssa A=USV^T, missä matriisit U ja V ovat ortogonaalisia ja S on diagonaalimatriisi. Tuloksen muotoa voidaan verrata matriisin diagonalisoituvuuteen. Diagonalisoituvuudesta puhuttaessa matriisin täytyy kuitenkin olla neliömatriisi ja lisäksi kaikki neliömatriisit eivät ole diagonalisoituvia. Singulaariarvohajotelma on olemassa kaikille m x n matriiseille. Tutkielmassa tarvittavia tuloksia esitellään tutkielman alussa lineaarialgebran ja matriisiteorian kannalta merkittävien neljän aliavaruuden avulla. Lisäksi tutustutaan näiden aliavaruuksien rooliin matriisin A toiminnassa. Singulaariarvohajotelmaan liittyy olennaisena osana matriisin A singulaariarvot, jotka ovat matriisin A^TA ominaisarvojen neliöjuuret. Ennen singulaariarvohajotelman esittelyä tutkielmassa tutustutaankin matriisin A^TA ominaisuuksiin, joita tarvitaan myöhemmin singulaariarvohajotelman todistuksessa. Tarkoituksena on myös esitellä matriisin singulaariarvohajotelman sovelluksia. Ensimmäisenä sovelluksena on matriisin pseudoinverssi, jota voidaan pitää käänteismatriisin yleistyksenä. Pseudoinverssin avulla voidaan ratkaista lineaarisia yhtälöryhmiä, jotka ovat muotoa Ax=b. Tällä yhtälöryhmällä ei kuitenkaan aina ole ratkaisua. Tällöin voidaan kuitenkin etsiä vektoria x’, joka minimoi lausekkeen ||b-Ax’||^2. Tätä vektoria x’ kutsutaan pienimmän neliösumman ratkaisuksi. Osoittautuu, että pseudoinverssin avulla löydetään myös pienimmän neliösumman ratkaisu. Singulaariarvohajotelman sovelluksena on myös matriisin approksimointi alemman asteen matriisilla. Tarkoituksena on esitellä tulos, jonka mukaan matriisin singulaariarvohajotelman avulla matriisille saadaan paras alemman asteen approksimaatio Frobenius normin suhteen. Tutkielman lopuksi sovelletaan matriisin alemman asteen approksimaatiota valokuvan häviöllisessä pakkaamisessa.
first_indexed 2024-09-11T08:52:14Z
format Pro gradu
free_online_boolean 1
fullrecord [{"key": "dc.contributor.advisor", "value": "V\u00e4h\u00e4kangas, Antti", "language": "", "element": "contributor", "qualifier": "advisor", "schema": "dc"}, {"key": "dc.contributor.author", "value": "Kirsil\u00e4, Jaakko", "language": "", "element": "contributor", "qualifier": "author", "schema": "dc"}, {"key": "dc.date.accessioned", "value": "2021-02-11T06:24:12Z", "language": null, "element": "date", "qualifier": "accessioned", "schema": "dc"}, {"key": "dc.date.available", "value": "2021-02-11T06:24:12Z", "language": null, "element": "date", "qualifier": "available", "schema": "dc"}, {"key": "dc.date.issued", "value": "2021", "language": "", "element": "date", "qualifier": "issued", "schema": "dc"}, {"key": "dc.identifier.uri", "value": "https://jyx.jyu.fi/handle/123456789/74092", "language": null, "element": "identifier", "qualifier": "uri", "schema": "dc"}, {"key": "dc.description.abstract", "value": "T\u00e4m\u00e4n tutkielman tarkoituksena on esitell\u00e4 ja todistaa matriisin singulaariarvohajotelma, jonka mukaan jokainen m x n matriisi A voidaan esitt\u00e4\u00e4 muodosssa A=USV^T, miss\u00e4 matriisit U ja V ovat ortogonaalisia ja S on diagonaalimatriisi. Tuloksen muotoa voidaan verrata matriisin diagonalisoituvuuteen. Diagonalisoituvuudesta puhuttaessa matriisin t\u00e4ytyy kuitenkin olla neli\u00f6matriisi ja lis\u00e4ksi kaikki neli\u00f6matriisit eiv\u00e4t ole diagonalisoituvia. Singulaariarvohajotelma on olemassa kaikille m x n matriiseille. Tutkielmassa tarvittavia tuloksia esitell\u00e4\u00e4n tutkielman alussa lineaarialgebran ja matriisiteorian kannalta merkitt\u00e4vien nelj\u00e4n aliavaruuden avulla. Lis\u00e4ksi tutustutaan n\u00e4iden aliavaruuksien rooliin matriisin A toiminnassa. Singulaariarvohajotelmaan liittyy olennaisena osana matriisin A singulaariarvot, jotka ovat matriisin A^TA ominaisarvojen neli\u00f6juuret. Ennen singulaariarvohajotelman esittely\u00e4 tutkielmassa tutustutaankin matriisin A^TA ominaisuuksiin, joita tarvitaan my\u00f6hemmin singulaariarvohajotelman todistuksessa. Tarkoituksena on my\u00f6s esitell\u00e4 matriisin singulaariarvohajotelman sovelluksia. Ensimm\u00e4isen\u00e4 sovelluksena on matriisin pseudoinverssi, jota voidaan pit\u00e4\u00e4 k\u00e4\u00e4nteismatriisin yleistyksen\u00e4. Pseudoinverssin avulla voidaan ratkaista lineaarisia yht\u00e4l\u00f6ryhmi\u00e4, jotka ovat muotoa Ax=b. T\u00e4ll\u00e4 yht\u00e4l\u00f6ryhm\u00e4ll\u00e4 ei kuitenkaan aina ole ratkaisua. T\u00e4ll\u00f6in voidaan kuitenkin etsi\u00e4 vektoria x\u2019, joka minimoi lausekkeen ||b-Ax\u2019||^2. T\u00e4t\u00e4 vektoria x\u2019 kutsutaan pienimm\u00e4n neli\u00f6summan ratkaisuksi. Osoittautuu, ett\u00e4 pseudoinverssin avulla l\u00f6ydet\u00e4\u00e4n my\u00f6s pienimm\u00e4n neli\u00f6summan ratkaisu. Singulaariarvohajotelman sovelluksena on my\u00f6s matriisin approksimointi alemman asteen matriisilla. Tarkoituksena on esitell\u00e4 tulos, jonka mukaan matriisin singulaariarvohajotelman avulla matriisille saadaan paras alemman asteen approksimaatio Frobenius normin suhteen. Tutkielman lopuksi sovelletaan matriisin alemman asteen approksimaatiota valokuvan h\u00e4vi\u00f6llisess\u00e4 pakkaamisessa.", "language": "fi", "element": "description", "qualifier": "abstract", "schema": "dc"}, {"key": "dc.description.provenance", "value": "Submitted by Paivi Vuorio (paelvuor@jyu.fi) on 2021-02-11T06:24:12Z\nNo. of bitstreams: 0", "language": "en", "element": "description", "qualifier": "provenance", "schema": "dc"}, {"key": "dc.description.provenance", "value": "Made available in DSpace on 2021-02-11T06:24:12Z (GMT). No. of bitstreams: 0\n Previous issue date: 2021", "language": "en", "element": "description", "qualifier": "provenance", "schema": "dc"}, {"key": "dc.format.extent", "value": "58", "language": "", "element": "format", "qualifier": "extent", "schema": "dc"}, {"key": "dc.format.mimetype", "value": "application/pdf", "language": null, "element": "format", "qualifier": "mimetype", "schema": "dc"}, {"key": "dc.language.iso", "value": "fin", "language": null, "element": "language", "qualifier": "iso", "schema": "dc"}, {"key": "dc.rights", "value": "In Copyright", "language": "en", "element": "rights", "qualifier": null, "schema": "dc"}, {"key": "dc.subject.other", "value": "matriisin singulaariarvohajotelma", "language": "", "element": "subject", "qualifier": "other", "schema": "dc"}, {"key": "dc.subject.other", "value": "singulaariarvot", "language": "", "element": "subject", "qualifier": "other", "schema": "dc"}, {"key": "dc.subject.other", "value": "pseudoinverssi", "language": "", "element": "subject", "qualifier": "other", "schema": "dc"}, {"key": "dc.subject.other", "value": "pienimm\u00e4n neli\u00f6summan ratkaisu", "language": "", "element": "subject", "qualifier": "other", "schema": "dc"}, {"key": "dc.subject.other", "value": "matriisin approksimointi", "language": "", "element": "subject", "qualifier": "other", "schema": "dc"}, {"key": "dc.subject.other", "value": "kuvan h\u00e4vi\u00f6llinen pakkaaminen", "language": "", "element": "subject", "qualifier": "other", "schema": "dc"}, {"key": "dc.title", "value": "Matriisin singulaariarvohajotelma", "language": "", "element": "title", "qualifier": null, "schema": "dc"}, {"key": "dc.type", "value": "master thesis", "language": null, "element": "type", "qualifier": null, "schema": "dc"}, {"key": "dc.identifier.urn", "value": "URN:NBN:fi:jyu-202102111528", "language": "", "element": "identifier", "qualifier": "urn", "schema": "dc"}, {"key": "dc.type.ontasot", "value": "Pro gradu -tutkielma", "language": "fi", "element": "type", "qualifier": "ontasot", "schema": "dc"}, {"key": "dc.type.ontasot", "value": "Master\u2019s thesis", "language": "en", "element": "type", "qualifier": "ontasot", "schema": "dc"}, {"key": "dc.contributor.faculty", "value": "Matemaattis-luonnontieteellinen tiedekunta", "language": "fi", "element": "contributor", "qualifier": "faculty", "schema": "dc"}, {"key": "dc.contributor.faculty", "value": "Faculty of Sciences", "language": "en", "element": "contributor", "qualifier": "faculty", "schema": "dc"}, {"key": "dc.contributor.department", "value": "Matematiikan ja tilastotieteen laitos", "language": "fi", "element": "contributor", "qualifier": "department", "schema": "dc"}, {"key": "dc.contributor.department", "value": "Department of Mathematics and Statistics", "language": "en", "element": "contributor", "qualifier": "department", "schema": "dc"}, {"key": "dc.contributor.organization", "value": "Jyv\u00e4skyl\u00e4n yliopisto", "language": "fi", "element": "contributor", "qualifier": "organization", "schema": "dc"}, {"key": "dc.contributor.organization", "value": "University of Jyv\u00e4skyl\u00e4", "language": "en", "element": "contributor", "qualifier": "organization", "schema": "dc"}, {"key": "dc.subject.discipline", "value": "Matematiikan opettajankoulutus", "language": "fi", "element": "subject", "qualifier": "discipline", "schema": "dc"}, {"key": "dc.subject.discipline", "value": "Teacher education programme in Mathematics", "language": "en", "element": "subject", "qualifier": "discipline", "schema": "dc"}, {"key": "yvv.contractresearch.funding", "value": "0", "language": "", "element": "contractresearch", "qualifier": "funding", "schema": "yvv"}, {"key": "dc.type.coar", "value": "http://purl.org/coar/resource_type/c_bdcc", "language": null, "element": "type", "qualifier": "coar", "schema": "dc"}, {"key": "dc.rights.accesslevel", "value": "openAccess", "language": null, "element": "rights", "qualifier": "accesslevel", "schema": "dc"}, {"key": "dc.type.publication", "value": "masterThesis", "language": null, "element": "type", "qualifier": "publication", "schema": "dc"}, {"key": "dc.subject.oppiainekoodi", "value": "4041", "language": "", "element": "subject", "qualifier": "oppiainekoodi", "schema": "dc"}, {"key": "dc.subject.yso", "value": "matriisit", "language": null, "element": "subject", "qualifier": "yso", "schema": "dc"}, {"key": "dc.subject.yso", "value": "matematiikka", "language": null, "element": "subject", "qualifier": "yso", "schema": "dc"}, {"key": "dc.subject.yso", "value": "matriisilaskenta", "language": null, "element": "subject", "qualifier": "yso", "schema": "dc"}, {"key": "dc.subject.yso", "value": "ominaisarvot", "language": null, "element": "subject", "qualifier": "yso", "schema": "dc"}, {"key": "dc.subject.yso", "value": "approksimointi", "language": null, "element": "subject", "qualifier": "yso", "schema": "dc"}, {"key": "dc.format.content", "value": "fulltext", "language": null, "element": "format", "qualifier": "content", "schema": "dc"}, {"key": "dc.rights.url", "value": "https://rightsstatements.org/page/InC/1.0/", "language": null, "element": "rights", "qualifier": "url", "schema": "dc"}, {"key": "dc.type.okm", "value": "G2", "language": null, "element": "type", "qualifier": "okm", "schema": "dc"}]
id jyx.123456789_74092
language fin
last_indexed 2025-03-31T20:03:26Z
main_date 2021-01-01T00:00:00Z
main_date_str 2021
online_boolean 1
online_urls_str_mv {"url":"https:\/\/jyx.jyu.fi\/bitstreams\/7b77f7e1-37b7-4436-8177-ec6037b06c14\/download","text":"URN:NBN:fi:jyu-202102111528.pdf","source":"jyx","mediaType":"application\/pdf"}
publishDate 2021
record_format qdc
source_str_mv jyx
spellingShingle Kirsilä, Jaakko Matriisin singulaariarvohajotelma matriisin singulaariarvohajotelma singulaariarvot pseudoinverssi pienimmän neliösumman ratkaisu matriisin approksimointi kuvan häviöllinen pakkaaminen Matematiikan opettajankoulutus Teacher education programme in Mathematics 4041 matriisit matematiikka matriisilaskenta ominaisarvot approksimointi
title Matriisin singulaariarvohajotelma
title_full Matriisin singulaariarvohajotelma
title_fullStr Matriisin singulaariarvohajotelma Matriisin singulaariarvohajotelma
title_full_unstemmed Matriisin singulaariarvohajotelma Matriisin singulaariarvohajotelma
title_short Matriisin singulaariarvohajotelma
title_sort matriisin singulaariarvohajotelma
title_txtP Matriisin singulaariarvohajotelma
topic matriisin singulaariarvohajotelma singulaariarvot pseudoinverssi pienimmän neliösumman ratkaisu matriisin approksimointi kuvan häviöllinen pakkaaminen Matematiikan opettajankoulutus Teacher education programme in Mathematics 4041 matriisit matematiikka matriisilaskenta ominaisarvot approksimointi
topic_facet 4041 Matematiikan opettajankoulutus Teacher education programme in Mathematics approksimointi kuvan häviöllinen pakkaaminen matematiikka matriisilaskenta matriisin approksimointi matriisin singulaariarvohajotelma matriisit ominaisarvot pienimmän neliösumman ratkaisu pseudoinverssi singulaariarvot
url https://jyx.jyu.fi/handle/123456789/74092 http://www.urn.fi/URN:NBN:fi:jyu-202102111528
work_keys_str_mv AT kirsiläjaakko matriisinsingulaariarvohajotelma