
Произведение Адамара работает с матрицами идентичной формы и создает третью матрицу тех же размеров.
In математика, произведение Адамара (также известное как поэлементное, начальное или произведение Шура) - это бинарная операция , которая берет две матрицы одинаковых размеров и создает другую матрицу той же размерности, что и операнды, где каждый элемент i, j является произведением элементов i, j исходных двух матриц. Его следует отличать от более распространенного матричного продукта. Его приписывают и называют в честь французского математика Жака Адамара или немецкого математика Иссаи Шура.
Произведение Адамара является ассоциативным и распределительным. В отличие от матричного произведения, оно также коммутативно.
Содержание
- 1 Определение
- 2 Пример
- 3 Свойства
- 4 Свойство смешанного произведения
- 5 Теорема произведения Шура
- 6 В языках программирования
- 7 Приложения
- 8 Аналогичные операции
- 9 Проникающий лицевой продукт
- 9.1 Пример
- 9.2 Основные свойства
- 9.3 Приложения
- 10 См. Также
- 11 Ссылки
Определение
Для двух матриц A и B одинакового размера m × n произведение Адамара
(или
) - матрица того же размера, что и операнды, с элементами, заданными как

Для матриц разных размеров ( m × n и p × q, где m ≠ p или n ≠ q) произведение Адамара не определено.
Пример
Например, произведение Адамара для матрицы 3 × 3 A с матрицей 3 × 3 B равно

Свойства
- Произведение Адамара коммутативно (при работе с коммутативным кольцом), ассоциативно и распределительный сверх сложения. То есть, если A, Bи C - это матрицы одного размера, а k - скаляр:

- Единичная матрица при умножении двух m по Адамару Матрицы × n - это матрица m × n, в которой все элементы равны 1. Это отличается от единичной матрицы при обычном умножении матриц, где только элементы главной диагонали равны 1. Кроме того, матрица имеет обратную при умножении Адамара тогда и только тогда, когда ни один из элементов не является равны нулю.
- Для векторов x и y и соответствующих диагональных матриц Dxи Dyс этими векторами в качестве их главных диагоналей, следующее тождество выполняется:

где x * обозначает сопряженное транспонирование из x . В частности, с использованием векторов единиц, это показывает, что сумма всех элементов в произведении Адамара составляет след из AB. Связанный результат для квадратов A и B состоит в том, что строчные суммы их произведения Адамара являются диагональными элементами AB:

Аналогично

- Произведение Адамара является главной подматрицей произведения Кронекера.
- Произведение Адамара удовлетворяет неравенству рангов

- Если A и B - положительно определенные матрицы, то верно следующее неравенство с произведением Адамара:

, где λ i(A) - i-е наибольшее собственное значение of A. - Если D и E являются диагональными матрицами, то

- Произведение Адамара двух векторов
и
одинаково как матричное умножение одного вектора на соответствующую диагональную матрицу другого вектора: 
Свойство смешанного продукта
, где
- произведение Кронекера
, где
обозначает разделительный продукт.
, где
по столбцам Произведение Хатри – Рао.
Теорема о произведении Шура
Произведение Адамара двух положительно-полуопределенных матриц является положительно-полуопределенным. Это известно как теорема произведения Шура в честь русского математика Иссая Шура. Для двух положительно-полуопределенных матриц A и B также известно, что определитель их произведения Адамара больше или равен произведению их соответствующих определители:

В языках программирования
Умножение Адамара встроено в некоторые языки программирования под разными именами. В MATLAB, GNU Octave, GAUSS и HP Prime это известно как умножение массива или в Julia широковещательное умножение с символом . *. В Fortran, R,APL, J и Wolfram Language (Mathematica ) это делается с помощью простого оператора умножения *, тогда как матричное произведение выполняется с помощью функции matmul, % *%, +. ×, + /. *и .операторов соответственно. В Python с числовой библиотекой NumPy или символьной библиотекой SymPy, умножение объектов arrayна a1 * a2производит произведение Адамара, но в противном случае умножение на a1 @ a2или матрицаобъектов m1 * m2даст матричное произведение. Библиотека C ++ Eigen предоставляет функцию-член cwiseProductдля класса Matrix(a.cwiseProduct (b)), а Библиотека Armadillo использует оператор %для создания компактных выражений (a% b; a * b- матричное произведение).
Приложения
Продукт Адамара появляется в алгоритмах сжатия с потерями, таких как JPEG. Этап декодирования включает продукт "запись-запись", другими словами, продукт Адамара.
Он также используется в литературе по машинному обучению, например, для описания архитектуры повторяющихся нейронных сетей. сети как ГРУ или LSTM.
Аналогичные операции
Другие операции Адамара также встречаются в математической литературе, а именно, корень Адамара и степень Адамара (которые, по сути, являются одинаковыми вещь из-за дробных индексов), определенная для такой матрицы:
Для

и для

Обратное значение Адамара читает:

Деление Адамара определяется как:

Проникающий продукт лица

Проникающий лицевое произведение матриц
Согласно определению проникающего лицевого произведения матрицы pxg
и n-мерной матрицы
(n>1), развернутый в блоке строк или блоке столбцов с блоками pxg (
) представляет собой матрицу размера
в форме:
.
Пример
Если
![{\ displaystyle \ mathbf {A} = \ left [{\ begin {array} {c} 1 2 3 \\ 4 5 6 \\ 7 8 9 \ end {array}} \ справа], \ quad \ mathbf {B} = \ left [{\ begin {array} {c | c | c} \ mathbf {B} _ {1} \ mathbf {B} _ {2} \ mathbf {B} _ {3} \ end {array}} \ right] = \ left [{\ begin {array} {ccc | c c c | ccc} 1 4 7 2 8 14 3 12 21 \\ 8 20 5 10 25 40 12 30 6 \\ 2 8 3 2 4 2 7 3 9 \ end {array}} \ right]}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/9641997828b98145e460a5d51ae04061860dce38)
затем
.
Основные свойства
;
,
где
обозначает разделение граней матриц,
, где
- вектор.
Приложения
Проникающее лицевое произведение используется в тензорной -матричной теории цифровых антенных решеток. Эту операцию можно использовать в моделях искусственной нейронной сети , также формируя сверточный слой.
См. Также
Ссылки
.