矩阵迹运算介绍及C++/OpenCV/Eigen的三种实现

2023-11-12

矩阵迹运算返回的是矩阵对角元素的和:


迹运算因为很多原因而有用。若不使用求和符号,有些矩阵运算很难描述,而通过矩阵乘法和迹运算符号,可以清楚地表示。例如,迹运算提供了另一种描述矩阵Frobenius范数的方式:


用迹运算表示表达式,我们可以使用很多有用的等式巧妙地处理表达式。例如,迹运算在转置运算下是不变的:Tr(A)=Tr(AT).

多个矩阵相乘得到的方阵的迹,和将这些矩阵中的最后一个挪到最前面之后相乘的迹是相同的。当然,我们需要考虑挪到之后矩阵乘积依然定义良好:Tr(ABC)=Tr(CAB)=Tr(BCA).

或者更一般地,


即使循环置换后矩阵乘积得到的矩阵形状变了,迹运算的结果依然不变。例如,假设矩阵A∈Rm*n,矩阵B∈Rn*m,我们可以得到Tr(AB)=Tr(BA),尽管AB∈Rm*m和BA∈Rn*n

另一个有用的事实是标量在迹运算后仍然是它自己:a=Tr(a)。

在线性代数中,一个n*n的矩阵A的迹(或迹数),是指A的主对角线(从左上方至右下方的对角线)上各个元素的总和,一般记作tr(A)或Sp(A):tr(A)=A1,1+A2,2+…+An,n

其中Ai,j代表矩阵的第i行第j列上的元素的值。一个矩阵的迹是其特征值得总和(按代数重数计算)。迹的英文为trace。

迹运算性质:

(1)、对于任两个n*n的矩阵A、B和标量r,都有:tr(A+B)=tr(A)+tr(B); tr(r·A)=r·tr(A);

(2)、由于一个矩阵A的转置矩阵AT的主对角线元素和原来矩阵的主对角元素是一样的,所以任意一个矩阵和其转置矩阵都会有相同的迹:tr(A)=tr(AT);

(3)、矩阵乘积的迹数:设A是一个n*m矩阵,B是个m*n矩阵,则tr(AB)=tr(BA),其中AB是一个n*n矩阵,而BA是一个m*m矩阵;

(4)、如果A和B都是n*n的方形矩阵,那么它们的乘积AB和BA也会是方形矩阵。因此,利用这个结果,可以推导出:计算若干个同样大小的方形矩阵的乘积的迹数时,可以循环改变乘积中方形矩阵相乘的顺序,而最终的结果不变。例如,有三个方形矩阵A、B和C,则tr(ABC)=tr(BCA)=tr(CAB),但是要注意:tr(ABC)≠tr(ACB);

    更一般地,乘积中的矩阵不一定要是方形矩阵,只要某一个循环改变后的乘积依然存在,那么得到的迹数依然会和原来的迹数相同。另外,如果A、B和C是同样大小的方阵而且还是对称矩阵的话,那么其乘积的迹数不只在循环置换下不会改变,而且在所有的置换下都不会改变:tr(ABC)=tr(BCA)=tr(CAB)=tr(ACB)=tr(CBA)=tr(BAC);

    (5)、迹数的相似不变性:迹数拥有相似不变性。如果矩阵A和B相似的话,它们会有相同的迹;矩阵A和B相似也就是说存在可逆矩阵P,使得B=PAP-1.

以上内容摘自 《深度学习中文版》 和 维基百科

以下是分别采用C++和OpenCV实现的求迹运算code

#include "funset.hpp"
#include <math.h>
#include <iostream>
#include <string>
#include <vector>
#include <opencv2/opencv.hpp>
#include "common.hpp"

// ================================= 求矩阵的迹 =================================
template<typename _Tp>
_Tp trace(const std::vector<std::vector<_Tp>>& mat)
{
	_Tp ret{ (_Tp)0 };
	int nm = std::min(mat.size(), mat[0].size());

	for (int i = 0; i < nm; ++i) {
		ret += mat[i][i];
	}

	return ret;
}

int test_trace()
{
	std::vector<std::vector<float>> vec{ { 1.2f, 2.5f, 5.6f, -2.5f },
					{ -3.6f, 9.2f, 0.5f, 7.2f },
					{ 4.3f, 1.3f, 9.4f, -3.4f } };
	const int rows{ 3 }, cols{ 4 };

	fprintf(stderr, "source matrix:\n");
	print_matrix(vec);

	float tr = trace(vec);
	fprintf(stderr, "\nc++ implement trace: %f\n", tr);

	cv::Mat mat(rows, cols, CV_32FC1);
	for (int y = 0; y < rows; ++y) {
		for (int x = 0; x < cols; ++x) {
			mat.at<float>(y, x) = vec.at(y).at(x);
		}
	}

	cv::Scalar scalar = cv::trace(mat);
	fprintf(stderr, "\nopencv implement trace: %f\n", scalar.val[0]);

	return 0;
}
执行结果如下:

以下是采用Eigen实现的迹运算code:

#include "funset.hpp"
#include <math.h>
#include <iostream>
#include <vector>
#include <string>
#include <opencv2/opencv.hpp>
#include <Eigen/Dense>
#include "common.hpp"

int test_trace()
{
	std::vector<std::vector<float>> vec{ { 1.2f, 2.5f, 5.6f, -2.5f },
					{ -3.6f, 9.2f, 0.5f, 7.2f },
					{ 4.3f, 1.3f, 9.4f, -3.4f } };
	const int rows{ 3 }, cols{ 4 };

	std::vector<float> vec_;
	for (int i = 0; i < rows; ++i) {
		vec_.insert(vec_.begin() + i * cols, vec[i].begin(), vec[i].end());
	}
	Eigen::Map<Eigen::Matrix<float, Eigen::Dynamic, Eigen::Dynamic, Eigen::RowMajor>> m(vec_.data(), rows, cols);

	fprintf(stderr, "source matrix:\n");
	std::cout << m << std::endl;

	float tr = m.trace();
	fprintf(stderr, "\nEigen implement trace: %f\n", tr);

	return 0;
}
执行结果如下:

由以上结果可见:C++、OpenCV、Eigen实现结果是一致的。

GitHub

https://github.com/fengbingchun/NN_Test

https://github.com/fengbingchun/Eigen_Test

本文内容由网友自发贡献,版权归原作者所有,本站不承担相应法律责任。如您发现有涉嫌抄袭侵权的内容,请联系:hwhale#tublm.com(使用前将#替换为@)

矩阵迹运算介绍及C++/OpenCV/Eigen的三种实现 的相关文章

  • Python中最相似的人脸识别

    如何使用Python和OpenCV来查找面部相似 我已成功使用 OpenCV 和 Python 使用 Haar Cascades 从多张照片中提取人脸 我现在有一个图像目录 所有这些都是不同人的面孔 我想做的是拍摄一张样本图像 然后看看它最
  • 我可以使用 openCV 比较两张不同图像上的两张脸吗?

    我对 openCV 很陌生 我看到它可以计算出脸部并返回一个矩形来指示脸部 我想知道 openCV 是否可以访问两张包含一张脸的图像 并且我希望 openCV 返回这两个人是否相同的可能性 Thanks OpenCV 不提供完整的人脸识别引
  • OpenCV 仅围绕大轮廓绘制矩形?

    第一次发帖 希望我以正确的方式放置代码 我正在尝试检测和计算视频中的车辆 因此 如果您查看下面的代码 我会在阈值处理和膨胀后找到图像的轮廓 然后我使用 drawContours 和矩形在检测到的轮廓周围绘制一个框 我试图在 drawCont
  • 如何将输出视频保存到 OpenCV 中的文件中

    我想将输出视频保存到文件中而不是显示它并尝试使用 cvcaptureimage 但仍然无法获得结果 include
  • opencv 2.3.* 读取不工作

    我无法让 imread 工作 与这个人有同样的问题 OpenCV imwrite 2 2 在 Windows 7 上导致异常 并显示消息 OpenCV 错误 未指定错误 无法找到指定扩展名的编写器 https stackoverflow c
  • 使用 ffmpeg 或 OpenCV 处理原始图像

    看完之后维基百科页面 http en wikipedia org wiki Raw image format原始图像格式 是任何图像的数字负片 为了查看或打印 相机图像传感器的输出具有 进行处理 即转换为照片渲染 场景 然后以标准光栅图形格
  • OpenCV Visual Studio ntdll.dll

    我尝试在 Visual Studio 2013 上使用 OpenCV 2 4 10 创建一个项目 但由于以下异常 到目前为止我运气不佳 请建议帮助 TIA letstryitonemoretime exe Win32 Loaded C Us
  • OpenCV 2.3 与 VS 2008 - 鼠标事件

    强制性 我是新手 有一份涉及编程的工作 并且我一边工作一边自学 不用说 作为一名老师 我经常犯彻底的错误 我现在所处的位置 我创建了 Graph 类 它 令人惊讶的是 制作了图表 但现在我想通过单击鼠标来修改图形 但我似乎无法让鼠标处理程序
  • minAreaRect OpenCV 返回的裁剪矩形 [Python]

    minAreaRectOpenCV 中返回一个旋转的矩形 如何裁剪矩形内图像的这部分 boxPoints返回旋转矩形的角点的坐标 以便可以通过循环框内的点来访问像素 但是在 Python 中是否有更快的裁剪方法 EDIT See code在
  • 使用 OpenCV 和/或 Numpy 对两个图像进行 Alpha 混合 [重复]

    这个问题在这里已经有答案了 我想将一个填充纯色的半透明矩形添加到已加载的半透明 PNG 中 这是我正在使用的输入图像示例 该图像加载了标准cv2 IMREAD UNCHANGED标志 以便完美保留 alpha 通道 该输入图像存储在imag
  • uri 警告中缺少端口:使用 Python OpenCV cv2.VideoCapture() 打开文件时出错

    当我尝试流式传输 ipcam 时 出现了如下所示的错误 tcp 000000000048c640 uri 中缺少端口 警告 打开文件时出错 build opencv modules videoio src cap ffmpeg impl h
  • 如何确定与视频中物体的距离?

    我有一个从行驶中的车辆前面录制的视频文件 我将使用 OpenCV 进行对象检测和识别 但我停留在一方面 如何确定距已识别物体的距离 我可以知道我当前的速度和现实世界的 GPS 位置 但仅此而已 我无法对我正在跟踪的对象做出任何假设 我计划用
  • 如何使用 opencv python 计算乐高积木上的孔数?

    我正在开发我的 python 项目 我需要计算每个乐高积木组件中有多少个孔 我将从输入 json 文件中获取有关需要计算哪个程序集的信息 如下所示 img 001 red 0 blue 2 white 1 grey 1 yellow 1 r
  • YOLOv8获取预测边界框

    我想将 OpenCV 与 YOLOv8 集成ultralytics 所以我想从模型预测中获取边界框坐标 我该怎么做呢 from ultralytics import YOLO import cv2 model YOLO yolov8n pt
  • 在 Visual Studio C++ 2008 中包含 dll

    有没有办法将 dll 包含在项目中 这样我就不必在编译后将这些 dll 与可执行文件放在同一文件夹中 这样我就可以用它们编译我的项目 这是否有可能 如果是 有人可以指导我 我的项目是一个 opencv 项目 有很多 dll 我必须包含在文件
  • 如何在 Qt 应用程序中通过终端命令运行分离的应用程序?

    我想使用命令 cd opencv opencv 3 0 0 alpha samples cpp cpp example facedetect lena jpg 在 Qt 应用程序中按钮的 clicked 方法上运行 OpenCV 示例代码
  • 将 OpenCV Mat 转换为数组(可能是 NSArray)

    我的 C C 技能很生疏 OpenCV 的文档也相当晦涩难懂 有没有办法获得cv Mat data属性转换为数组 NSArray 我想将其序列化为 JSON 我知道我可以使用 FileStorage 实用程序转换为 YAML XML 但这不
  • 从扫描文档中提取行表 opencv python

    我想从扫描的表中提取信息并将其存储为 csv 现在我的表提取算法执行以下步骤 应用倾斜校正 应用高斯滤波器进行去噪 使用 Otsu 阈值进行二值化 进行形态学开局 Canny 边缘检测 进行霍夫变换以获得表格行 去除重复行 10像素范围内相
  • 查找具有不同强度/亮度的相似图像

    假设我有如下图像 我可以选择什么来比较两个图像之间的相似度 显然它们是相同的图像 只是亮度不同 我找不到任何可行的方法 目前我最好的选择是训练 cnn 或自动编码器并比较输出的特征向量 但这似乎有点矫枉过正 任何提示将不胜感激 相当强大的工
  • 使用 OpenCV 进行相机校准 - 如何调整棋盘方块大小?

    我正在使用 OpenCV Python 示例开发相机校准程序 来自 OpenCV 教程 http opencv python tutroals readthedocs io en latest py tutorials py calib3d

随机推荐

  • 不高兴的津津1073

    Description 津津上初中了 妈妈认为津津应该更加用功学习 所以津津除了上学之外 还要参加妈妈为她报名的各科复习班 另外每周妈妈还会送她去学习朗诵 舞蹈和钢琴 但是津津如果一天上课超过八个小时就会不高兴 而且上得越久就会越不高兴 假
  • 经典Proxool.properties

    数据库1jdbc 1 proxool alias WEBGISjdbc 1 proxool driver class oracle jdbc driver OracleDriverjdbc 1 proxool driver url jdbc
  • JNLP 文件无法打开的解决办法

    JNLP Java Network Launching Protocol 是 java 提供的一种可以通过浏览器直接执行 java 应用程序的途径 它使你可以直接通过一个网页上的 URL 连接打开一个 java 应用程序 因此 要运行 jn
  • 用户·角色·权限·表

    一 引言 因为做过的一些系统的权限管理的功能虽然在逐步完善 但总有些不尽人意的地方 总想抽个时间来更好的思考一下权限系统的设计 权限系统一直以来是我们应用系统不可缺少的一个部分 若每个应用系统都重新对系统的权限进行设计 以满足不同系统用户的
  • React新特性hooks中memo,usememo,useCallback的区别

    useMemo memo类似于PureCompoent 作用是优化组件性能 防止组件触发重渲染 memo针对 一个组件的渲染是否重复执行
  • 江苏开票系统安全接入服务器地址,江苏省增值税发票查询平台网址.doc

    江苏省增值税发票查询平台网址 江苏省增值税发票查询平台网址 81 增值税发票查询平台于2016年5月27日在全国36个省 市 自治区升级完毕 目前全国统一版本为V2 0 00 新版本上线后 功能更加强大和人性化 为了使广大纳税人能更加正确
  • nginx出现 “414 request-uri too large”

    公司项目有一个模块 在请求查询的时候使用了Get方法 由于拼接的url过长 导致nginx出现了 414 request uri too large 错误 出现这种问题可以按照如下解决 在nginx的nginx conf修改如下参数的 cl
  • git check-pick,git patch 与 git stash 详解

    大家好 我是 17 今天和大家聊一聊 git check pick git patch 与 git stash 的用法 git cherry pick 为什么要用 cherry pick 不适合 merge 的场景就可以考虑 cherry
  • mysql数据库——思维导图

    学完mysql后 自己弄得的思维导图 原图30 6MB 太大了放不上来 这里就放个链接吧 欢迎大家去看 如果有需要改正的地方 请告诉我 谢谢 链接 https www zhixi com view 718f3805 密码 6522 下面是M
  • Android 动态权限判断是否允许的几种方式及测试

    一 说在前面 由于各个系统厂商定制 checkSelfPermission在有些机型上是始终为0的 也就是允许 这个问题非常头疼嘞 于是手持一加对三种方式进行了测试 以read sms权限为例 二 检查方式 常用的检查 ContextCom
  • java 内存分配管理_JAVA实验操作系统内存管理-最优分配,最先分配,最坏分配算法...

    package Memory import java util ArrayList import java util Iterator import java util Scanner public class OS ArrayList f
  • 用这个算法能让大数据集群性能提升100倍!

    V xin ruyuanhadeng获得600 页原创精品文章汇总PDF 目录 一 前情概要 二 背景引入 三 问题凸现 四 Hadoop的优化方案 一 前情概要 这篇文章给大家聊聊Hadoop在部署了大规模的集群场景下 大量客户端并发写数
  • K8S安装部署Nacos集群

    1 在k8s中部署的难点 在k8s中部署nacos集群和在裸机器上直接部署nacos机器其实差别不大 最主要的区别是k8s中部署的服务没有固定的ip地址 而nacos集群部署需要配置所有实例的ip 2 解决 在k8s中通过StatefulS
  • day06 Spring AOP

    DI注解 作用 解决使用xml配置繁琐的问题 该注解和使用配置文件一样分成两类进行注入 字段注入或属性注入 注入bean 取代xml中的ref 1 value注解 使用value注解给属性进行赋值 只能使用于八大基本类型和常量类型 Stri
  • Woedpress分类目录绑定二级域名

    实现分类目录和二级域名绑定需要使用 WordPress 的多站点功能 Multisite 以下是一个基本的步骤和示例代码来实现这个功能 代码实现方法 步骤 将 WordPress 安装为多站点模式 在 WordPress 安装目录下的 wp
  • verdi使用linux命令,vcs和verdi的调试及联合仿真案例

    环境配置 首先搭建好vcs和Verdi都能工作的环境 主要有license问题 环境变量的设置 在220实验室的服务器上所有软件的运行环境都是csh 所以 所写的脚本也都是csh的语法 生成波形文件 Testbench的编写 若想用Verd
  • 机器学习实战8-基于XGBoost和LSTM的台风强度预测模型训练与应用

    大家好 我是微学AI 今天给大家介绍一下机器学习实战8 基于XGBoost和LSTM的台风强度预测模型训练与应用 今年夏天已经来了 南方的夏天经常会有台风登陆 给人们生活带来巨大的影响 本文主要基于XGBoost模型和长短期记忆 LSTM
  • 淘宝滑动验证码研究

    引言 悠闲的时候 总会去找些事做做 前些天在登录淘宝的时候 发现了滑动验证码 虽然已经不是什么新事物 但还是产生了很大的兴趣 传统的字符输入验证码 变为了滑动验证码 这一看就是产品大师的手笔啊 不知道申请专利没有 这种 情感化 的验证码设计
  • C语言深入学习--checklist7:链接、运行时数据结构、申明

    1 你知道段的概念吗 段是二进制文件中的简单区域 里面保存了某种特定的类型 如符号表条目 相关的所有信息 1 可执行程序分为几个段 每个段保存什么内容 可执行程序分为三个段 BSS段 数据段 文本段 BSS段 Block Started b
  • 矩阵迹运算介绍及C++/OpenCV/Eigen的三种实现

    矩阵迹运算返回的是矩阵对角元素的和 迹运算因为很多原因而有用 若不使用求和符号 有些矩阵运算很难描述 而通过矩阵乘法和迹运算符号 可以清楚地表示 例如 迹运算提供了另一种描述矩阵Frobenius范数的方式 用迹运算表示表达式 我们可以使用