numpy.linalg.svd

numpy.linalg.svd(a, full_matrices=True, compute_uv=True, hermitian=False) [source]

Разложение по сингулярным значениям.

Когда a является двумерным массивом, оно факторизуется как u @ np.diag(s) @ vh = (u * s) @ vh, где u и vh являются двумерными унитарными массивами, а s — одномерным массивом сингулярных значений a. Когда a имеет более высокую размерность, SVD применяется в режиме стекирования, как описано ниже.

Параметры

a(…, M, N) array_like

Массив вещественных или комплексных чисел с a.ndim >= 2.

full_matricesbool, optional

Если True (по умолчанию), u и vh имеют формы (..., M, M) и (..., N, N) соответственно. В противном случае формы составляют (..., M, K) и (..., K, N) соответственно, где K = min(M, N).

compute_uvbool, optional

Вычислять ли u и vh дополнительно к s. По умолчанию True.

hermitianbool, optional

Если True, считается, что a является эрмитовым (симметричным, если вещественным), что позволяет использовать более эффективный метод для поиска сингулярных значений. По умолчанию False.

Введено в версии 1.17.0.

Возвращает

u{ (…, M, M), (…, M, K) } array

Унитарный(ые) массив(ы). Первые a.ndim - 2 измерения имеют такой же размер, как и входной a. Размер последних двух измерений зависит от значения full_matrices. Возвращается только при compute_uv равном True.

s(…, K) array

Вектор(ы) сингулярных значений, в каждом векторе, отсортированные по убыванию. Первые a.ndim - 2 измерения имеют такой же размер, как и входной a.

vh{ (…, N, N), (…, K, N) } array

Унитарный(ые) массив(ы). Первые a.ndim - 2 измерения имеют такой же размер, как и входной a. Размер последних двух измерений зависит от значения full_matrices Возвращается только при compute_uv равном True.

Возбуждает

LinAlgError

Если вычисление SVD не сходится.

См. также

scipy.linalg.svd

Аналогичная функция в SciPy.

scipy.linalg.svdvals

Вычисление сингулярных значений матрицы.

Примечания

Изменено в версии 1.8.0: Правила вещания применяются, см. документацию по numpy.linalg для получения подробностей.

Разложение выполняется с помощью подпрограммы LAPACK _gesdd.

Обычно SVD описывается для факторизации двумерной матрицы . Случай с более высокой размерностью будет обсуждаться ниже. В двумерном случае SVD записывается как , где , , и . Одномерный массив s содержит сингулярные значения a и u и vh являются унитарными. Строки vh являются собственными векторами , а столбцы u — собственными векторами . В обоих случаях соответствующие (возможно, ненулевые) собственные значения задаются s**2.

Если a имеет более двух измерений, применяются правила вещания, как описано в Линейная алгебра для нескольких матриц одновременно. Это означает, что SVD работает в «стековом» режиме: оно итерируется по всем индексам первых a.ndim - 2 измерений и для каждой комбинации применяется SVD к последним двум индексам. Матрицу a можно восстановить из разложения с помощью (u * s[..., None, :]) @ vh или u @ (s[..., None] * vh). (Оператор @ может быть заменён функцией np.matmul для версий Python ниже 3.5.)

Если a является объектом matrix (в отличие от ndarray), то таковыми являются все возвращаемые значения.

Примеры

>>> a = np.random.randn(9, 6) + 1j*np.random.randn(9, 6)
>>> b = np.random.randn(2, 7, 8, 3) + 1j*np.random.randn(2, 7, 8, 3)

Восстановление на основе полного SVD, двумерный случай:

>>> u, s, vh = np.linalg.svd(a, full_matrices=True)
>>> u.shape, s.shape, vh.shape
((9, 9), (6,), (6, 6))
>>> np.allclose(a, np.dot(u[:, :6] * s, vh))
True
>>> smat = np.zeros((9, 6), dtype=complex)
>>> smat[:6, :6] = np.diag(s)
>>> np.allclose(a, np.dot(u, np.dot(smat, vh)))
True

Восстановление на основе сокращённого SVD, двумерный случай:

>>> u, s, vh = np.linalg.svd(a, full_matrices=False)
>>> u.shape, s.shape, vh.shape
((9, 6), (6,), (6, 6))
>>> np.allclose(a, np.dot(u * s, vh))
True
>>> smat = np.diag(s)
>>> np.allclose(a, np.dot(u, np.dot(smat, vh)))
True

Восстановление на основе полного SVD, четырёхмерный случай:

>>> u, s, vh = np.linalg.svd(b, full_matrices=True)
>>> u.shape, s.shape, vh.shape
((2, 7, 8, 8), (2, 7, 3), (2, 7, 3, 3))
>>> np.allclose(b, np.matmul(u[..., :3] * s[..., None, :], vh))
True
>>> np.allclose(b, np.matmul(u[..., :3], s[..., None] * vh))
True

Восстановление на основе сокращённого SVD, четырёхмерный случай:

>>> u, s, vh = np.linalg.svd(b, full_matrices=False)
>>> u.shape, s.shape, vh.shape
((2, 7, 8, 3), (2, 7, 3), (2, 7, 3, 3))
>>> np.allclose(b, np.matmul(u * s[..., None, :], vh))
True
>>> np.allclose(b, np.matmul(u, s[..., None] * vh))
True