列向量的笛卡尔积和张量积

睿睿分享 2025-01-15 14:16:51

向量的笛卡尔积是指将两个向量的所有元素进行两两组合,并生成一个新的向量集合。

如果A表示某学校学生的集合,B表示该学校所有课程的集合,那么A与B的笛卡尔积就表示所有可能的选课情况。例如,如果学校有两个学生,分别用1和2表示,有三门课程,分别用'a'、'b'和'c'表示,那么学生和课程的笛卡尔积就是{(1,'a'),(1,'b'),(1,'c'),(2,'a'),(2,'b'),(2,'c')},表示每个学生都可以选择每门课程设有两个向量A和B,分别表示为A={a1, a2, a3, ..., an}和B={b1, b2, b3, ..., bm},则向量A和向量B的笛卡尔积定义为:

A × B = {(a1, b1), (a1, b2), ..., (a1, bm), (a2, b1), (a2, b2), ..., (an, bm)}

在数学和物理中,张量积(也称为直积、外积或笛卡尔积)是一种将两个向量空间结合成一个更高维度向量空间的操作。对于两个n×1 的向量(即列向量)之间的张量积,结果将是一个 n×n 的矩阵。

张量积的具体例子可以通过矩阵之间的张量积来直观展示。

假设我们有两个矩阵A和B,其中A是一个m × n的矩阵,B是一个p × q的矩阵。它们的张量积A ⊗ B是一个m p × n q的矩阵,其元素按照以下方式排列:将矩阵A的每个元素a_ij乘以矩阵B,并将其放置在结果矩阵的相应位置。

例如,

具体来说,假设有两个 n×1 的向量 a 和b:

这个矩阵也被称为a 和 b 的外积矩阵。它在许多应用中都有用处,比如在量子力学中描述系统的状态,或者在数值计算和信号处理中。

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