Perronin ja Frobeniuksen lause

Tässä tutkielmassa perehdytään matriisiteoriaan. Tarkastelu keskittyy neliömatriiseihin, niiden ominaisarvoihin ja niitä vastaaviin ominaisvektoreihin. Tarkastelu rajataan kahteen osaan, joista toiseen esitetään käytännönsovellus, jossa tarkastellaan Googlen hakukoneen toiminnan matemaattista tausta...

Täydet tiedot

Bibliografiset tiedot
Päätekijä: Huupponen, Tuukka
Muut tekijät: Matemaattis-luonnontieteellinen tiedekunta, Faculty of Sciences, Matematiikan ja tilastotieteen laitos, Department of Mathematics and Statistics, Jyväskylän yliopisto, University of Jyväskylä
Aineistotyyppi: Pro gradu
Kieli:fin
Julkaistu: 2023
Aiheet:
Linkit: https://jyx.jyu.fi/handle/123456789/87184
_version_ 1826225767994884096
author Huupponen, Tuukka
author2 Matemaattis-luonnontieteellinen tiedekunta Faculty of Sciences Matematiikan ja tilastotieteen laitos Department of Mathematics and Statistics Jyväskylän yliopisto University of Jyväskylä
author_facet Huupponen, Tuukka Matemaattis-luonnontieteellinen tiedekunta Faculty of Sciences Matematiikan ja tilastotieteen laitos Department of Mathematics and Statistics Jyväskylän yliopisto University of Jyväskylä Huupponen, Tuukka Matemaattis-luonnontieteellinen tiedekunta Faculty of Sciences Matematiikan ja tilastotieteen laitos Department of Mathematics and Statistics Jyväskylän yliopisto University of Jyväskylä
author_sort Huupponen, Tuukka
datasource_str_mv jyx
description Tässä tutkielmassa perehdytään matriisiteoriaan. Tarkastelu keskittyy neliömatriiseihin, niiden ominaisarvoihin ja niitä vastaaviin ominaisvektoreihin. Tarkastelu rajataan kahteen osaan, joista toiseen esitetään käytännönsovellus, jossa tarkastellaan Googlen hakukoneen toiminnan matemaattista taustaa. Vaadittavien lineaarialgebran esitietojen jälkeen tarkastellaan positiivisia neliömatriiseja. Ensin esitellään aputuloksia liittyen positiivisiin matriiseihin, sekä niiden itseisarvoltaan suurimpaan ominaisarvoon eli spektraalisäteeseen ja tätä ominaisarvoa vastaavaan ominaisvektoriin. Näiden aputulosten tarkastelun jälkeen esitellään Perronin lause ja sille esitetään todistus. Perronin lause toteaa, että positiivisella neliömatriisilla on itseisarvoltaan suurin ominaisarvo, joka on aidosti suurempi kuin mikään muu matriisin ominaisarvojen itseisarvoista. Lisäksi lause toteaa, että tämän itseisarvoltaan suurimman ominaisarvon algebrallinen kertaluku on 1 ja sitä vastaava ominaisvektori on positiivinen. Perronin lauseen todistuksen jälkeen perehdytään verkkoteoriaan, jonka avulla havainnollistetaan graafisesti tutkielman sovellusta. Verkkoteoriaan liittyvien määritelmien ja tulosten esittämisen jälkeen tarkastellaan differenssiyhtälöitä. Differenssiyhtälöissä ajan hetki $t$ liitetään ajanhetkeen $t+1$ lineaarisesti siten, että $Av_t=v_{t+1}$, missä neliömatriisia $A$ kutsutaan siirtymämatriisiksi. Differenssiyhtälöissä keskitytään Markovin ketjuihin, jotka ovat todennäköisyyksiä kuvaavia differenssiyhtälöitä. Tällaisten differenssiyhtälöiden siirtymämatriisit ovat stokastisia matriiseja, jotka ovat ei-negatiivisia matriiseja ja niiden jokainen sarake summautuu luvuksi yksi. Stokastisten matriisien lisäksi Markovin ketjuissa esiintyvät vektorit $v_i$ ovat todennäköisyysvektoreita eli ei-negatiivisia vektoreita, joiden alkiot summautuvat luvuksi yksi. Markovin ketjujen teoria toimii teoriapohjana Googlen Pagerank-algorit-mille, jossa sovelletaan Perronin lausetta. Määritellään Google-matriisi, joka on positiivinen stokastinen matriisi. Perronin lause takaa, että tämän matriisin spektraalisäde on luku 1 ja sen virittää positiivinen ominaisvektori, jota kutsutaan tasapainotilavektoriksi. Pagerank-algoritmissa tarkastellaan Markovin ketjua, jonka määrää Google-matriisi $G$ ja tasapainotilavektori $w$. Tällöin Markovin ketjun $Gv_t=v_{t+1}$ avulla saadaan internetin nettisivujen tärkeysjärjestys eli järjestys, jossa hakutulokset tulevat näkyviin hakukoneessa. Tämän tärkeysjärjestyksen kertoo Markovin ketjun vektori $v_{t+1}$. Tutkielman lopuksi tarkastellaan Perronin lauseen yleistystä eli Perronin ja Frobeniuksen lausetta. Tämä lause antaa vastaavat tulokset kuin Perronin lause, koskien ei-negatiivisia redusoitumattomia matriiseja. Tarkoituksena on esitellä Perronin ja Frobeniuksen lauseen yleinen versio. Tämän jälkeen esitellään ja todistetaan kyseisen lauseen erikoistapaus, jossa tarkastellaan ei-negatiivisia redusoitumattomia neliömatriiseja, joiden jokin positiivinen kokonaislukupotenssi on positiivinen neliömatriisi. Tämä erikoistapaus toteaa vastaavat tulokset, kuin yleinen Perronin ja Frobeniuksen lause.
first_indexed 2023-05-25T20:14:29Z
format Pro gradu
free_online_boolean 1
fullrecord [{"key": "dc.contributor.advisor", "value": "Parkkonen, Jouni", "language": "", "element": "contributor", "qualifier": "advisor", "schema": "dc"}, {"key": "dc.contributor.author", "value": "Huupponen, Tuukka", "language": "", "element": "contributor", "qualifier": "author", "schema": "dc"}, {"key": "dc.date.accessioned", "value": "2023-05-25T06:15:16Z", "language": null, "element": "date", "qualifier": "accessioned", "schema": "dc"}, {"key": "dc.date.available", "value": "2023-05-25T06:15:16Z", "language": null, "element": "date", "qualifier": "available", "schema": "dc"}, {"key": "dc.date.issued", "value": "2023", "language": "", "element": "date", "qualifier": "issued", "schema": "dc"}, {"key": "dc.identifier.uri", "value": "https://jyx.jyu.fi/handle/123456789/87184", "language": null, "element": "identifier", "qualifier": "uri", "schema": "dc"}, {"key": "dc.description.abstract", "value": "T\u00e4ss\u00e4 tutkielmassa perehdyt\u00e4\u00e4n matriisiteoriaan. Tarkastelu keskittyy neli\u00f6matriiseihin, niiden ominaisarvoihin ja niit\u00e4 vastaaviin ominaisvektoreihin. Tarkastelu rajataan kahteen osaan, joista toiseen esitet\u00e4\u00e4n k\u00e4yt\u00e4nn\u00f6nsovellus, jossa tarkastellaan Googlen hakukoneen toiminnan matemaattista taustaa. \n\nVaadittavien lineaarialgebran esitietojen j\u00e4lkeen tarkastellaan positiivisia neli\u00f6matriiseja. Ensin esitell\u00e4\u00e4n aputuloksia liittyen positiivisiin matriiseihin, sek\u00e4 niiden itseisarvoltaan suurimpaan ominaisarvoon eli spektraalis\u00e4teeseen ja t\u00e4t\u00e4 ominaisarvoa vastaavaan ominaisvektoriin. N\u00e4iden aputulosten tarkastelun j\u00e4lkeen esitell\u00e4\u00e4n Perronin lause ja sille esitet\u00e4\u00e4n todistus. Perronin lause toteaa, ett\u00e4 positiivisella neli\u00f6matriisilla on itseisarvoltaan suurin ominaisarvo, joka on aidosti suurempi kuin mik\u00e4\u00e4n muu matriisin ominaisarvojen itseisarvoista. Lis\u00e4ksi lause toteaa, ett\u00e4 t\u00e4m\u00e4n itseisarvoltaan suurimman ominaisarvon algebrallinen kertaluku on 1 ja sit\u00e4 vastaava ominaisvektori on positiivinen.\n\nPerronin lauseen todistuksen j\u00e4lkeen perehdyt\u00e4\u00e4n verkkoteoriaan, jonka avulla havainnollistetaan graafisesti tutkielman sovellusta. Verkkoteoriaan liittyvien m\u00e4\u00e4ritelmien ja tulosten esitt\u00e4misen j\u00e4lkeen tarkastellaan differenssiyht\u00e4l\u00f6it\u00e4. Differenssiyht\u00e4l\u00f6iss\u00e4 ajan hetki $t$ liitet\u00e4\u00e4n ajanhetkeen $t+1$ lineaarisesti siten, ett\u00e4 $Av_t=v_{t+1}$, miss\u00e4 neli\u00f6matriisia $A$ kutsutaan siirtym\u00e4matriisiksi.\n\nDifferenssiyht\u00e4l\u00f6iss\u00e4 keskityt\u00e4\u00e4n Markovin ketjuihin, jotka ovat todenn\u00e4k\u00f6isyyksi\u00e4 kuvaavia differenssiyht\u00e4l\u00f6it\u00e4. T\u00e4llaisten differenssiyht\u00e4l\u00f6iden siirtym\u00e4matriisit ovat stokastisia matriiseja, jotka ovat ei-negatiivisia matriiseja ja niiden jokainen sarake summautuu luvuksi yksi. Stokastisten matriisien lis\u00e4ksi Markovin ketjuissa esiintyv\u00e4t vektorit $v_i$ ovat todenn\u00e4k\u00f6isyysvektoreita eli ei-negatiivisia vektoreita, joiden alkiot summautuvat luvuksi yksi.\n\nMarkovin ketjujen teoria toimii teoriapohjana Googlen Pagerank-algorit-mille, jossa sovelletaan Perronin lausetta. M\u00e4\u00e4ritell\u00e4\u00e4n Google-matriisi, joka on positiivinen stokastinen matriisi. Perronin lause takaa, ett\u00e4 t\u00e4m\u00e4n matriisin spektraalis\u00e4de on luku 1 ja sen viritt\u00e4\u00e4 positiivinen ominaisvektori, jota kutsutaan tasapainotilavektoriksi. Pagerank-algoritmissa tarkastellaan Markovin ketjua, jonka m\u00e4\u00e4r\u00e4\u00e4 Google-matriisi $G$ ja tasapainotilavektori $w$. T\u00e4ll\u00f6in Markovin ketjun $Gv_t=v_{t+1}$ avulla saadaan internetin nettisivujen t\u00e4rkeysj\u00e4rjestys eli j\u00e4rjestys, jossa hakutulokset tulevat n\u00e4kyviin hakukoneessa. T\u00e4m\u00e4n t\u00e4rkeysj\u00e4rjestyksen kertoo Markovin ketjun vektori $v_{t+1}$.\n\nTutkielman lopuksi tarkastellaan Perronin lauseen yleistyst\u00e4 eli Perronin ja Frobeniuksen lausetta. T\u00e4m\u00e4 lause antaa vastaavat tulokset kuin Perronin lause, koskien ei-negatiivisia redusoitumattomia matriiseja. \n\nTarkoituksena on esitell\u00e4 Perronin ja Frobeniuksen lauseen yleinen versio. T\u00e4m\u00e4n j\u00e4lkeen esitell\u00e4\u00e4n ja todistetaan kyseisen lauseen erikoistapaus, jossa tarkastellaan ei-negatiivisia redusoitumattomia neli\u00f6matriiseja, joiden jokin positiivinen kokonaislukupotenssi on positiivinen neli\u00f6matriisi. T\u00e4m\u00e4 erikoistapaus toteaa vastaavat tulokset, kuin yleinen Perronin ja Frobeniuksen lause.", "language": "fi", "element": "description", "qualifier": "abstract", "schema": "dc"}, {"key": "dc.description.provenance", "value": "Submitted by Miia Hakanen (mihakane@jyu.fi) on 2023-05-25T06:15:16Z\nNo. of bitstreams: 0", "language": "en", "element": "description", "qualifier": "provenance", "schema": "dc"}, {"key": "dc.description.provenance", "value": "Made available in DSpace on 2023-05-25T06:15:16Z (GMT). No. of bitstreams: 0\n Previous issue date: 2023", "language": "en", "element": "description", "qualifier": "provenance", "schema": "dc"}, {"key": "dc.format.extent", "value": "43", "language": "", "element": "format", "qualifier": "extent", "schema": "dc"}, {"key": "dc.language.iso", "value": "fin", "language": null, "element": "language", "qualifier": "iso", "schema": "dc"}, {"key": "dc.rights", "value": "In Copyright", "language": null, "element": "rights", "qualifier": null, "schema": "dc"}, {"key": "dc.title", "value": "Perronin ja Frobeniuksen lause", "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-202305253248", "language": "", "element": "identifier", "qualifier": "urn", "schema": "dc"}, {"key": "dc.type.ontasot", "value": "Master\u2019s thesis", "language": "en", "element": "type", "qualifier": "ontasot", "schema": "dc"}, {"key": "dc.type.ontasot", "value": "Pro gradu -tutkielma", "language": "fi", "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": "Matematiikka", "language": "fi", "element": "subject", "qualifier": "discipline", "schema": "dc"}, {"key": "dc.subject.discipline", "value": "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.copyright", "value": "\u00a9 The Author(s)", "language": null, "element": "rights", "qualifier": "copyright", "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": "matematiikka", "language": null, "element": "subject", "qualifier": "yso", "schema": "dc"}, {"key": "dc.subject.yso", "value": "differenssiyht\u00e4l\u00f6t", "language": null, "element": "subject", "qualifier": "yso", "schema": "dc"}, {"key": "dc.subject.yso", "value": "matriisit", "language": null, "element": "subject", "qualifier": "yso", "schema": "dc"}, {"key": "dc.subject.yso", "value": "lineaarialgebra", "language": null, "element": "subject", "qualifier": "yso", "schema": "dc"}, {"key": "dc.subject.yso", "value": "normit", "language": null, "element": "subject", "qualifier": "yso", "schema": "dc"}, {"key": "dc.subject.yso", "value": "verkkoteoria", "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": "matriisilaskenta", "language": null, "element": "subject", "qualifier": "yso", "schema": "dc"}, {"key": "dc.subject.yso", "value": "Markovin ketjut", "language": null, "element": "subject", "qualifier": "yso", "schema": "dc"}, {"key": "dc.rights.url", "value": "https://rightsstatements.org/page/InC/1.0/", "language": null, "element": "rights", "qualifier": "url", "schema": "dc"}]
id jyx.123456789_87184
language fin
last_indexed 2025-02-18T10:55:53Z
main_date 2023-01-01T00:00:00Z
main_date_str 2023
online_boolean 1
online_urls_str_mv {"url":"https:\/\/jyx.jyu.fi\/bitstreams\/7de332be-e859-4520-a538-b0659e59ee20\/download","text":"URN:NBN:fi:jyu-202305253248.pdf","source":"jyx","mediaType":"application\/pdf"}
publishDate 2023
record_format qdc
source_str_mv jyx
spellingShingle Huupponen, Tuukka Perronin ja Frobeniuksen lause Matematiikka Mathematics 4041 matematiikka differenssiyhtälöt matriisit lineaarialgebra normit verkkoteoria ominaisarvot matriisilaskenta Markovin ketjut
title Perronin ja Frobeniuksen lause
title_full Perronin ja Frobeniuksen lause
title_fullStr Perronin ja Frobeniuksen lause Perronin ja Frobeniuksen lause
title_full_unstemmed Perronin ja Frobeniuksen lause Perronin ja Frobeniuksen lause
title_short Perronin ja Frobeniuksen lause
title_sort perronin ja frobeniuksen lause
title_txtP Perronin ja Frobeniuksen lause
topic Matematiikka Mathematics 4041 matematiikka differenssiyhtälöt matriisit lineaarialgebra normit verkkoteoria ominaisarvot matriisilaskenta Markovin ketjut
topic_facet 4041 Markovin ketjut Matematiikka Mathematics differenssiyhtälöt lineaarialgebra matematiikka matriisilaskenta matriisit normit ominaisarvot verkkoteoria
url https://jyx.jyu.fi/handle/123456789/87184 http://www.urn.fi/URN:NBN:fi:jyu-202305253248
work_keys_str_mv AT huupponentuukka perroninjafrobeniuksenlause