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广义瑞利商 Generalized Rayleigh Quotient

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广义瑞利熵可以看做是瑞利熵的扩展,它是指函数 R(A,B,x):

latexR(A,B,x)=xHAxxHBxlatex {R{ \left( {A,B,x} \right) }\text{ }=\text{ }\frac{{x\mathop{{}}\nolimits^{{H}}Ax}}{{x\mathop{{}}\nolimits^{{H}}Bx}}} latexR(A,B,x)=xHBxxHAx

其中 x 为非零向量,而 A,B 为 n×n 的 Hermitan 矩阵,B 则为正定矩阵,令 latexx‘ =B1/2xlatex {x\text{‘}\text{ }=\text{ }B\mathop{{}}\nolimits^{{-1/2}}x}latexx=B1/2x ,那么分母可以转化为:

latexxHBx=xH(B1/2)HBB1/2x‘ =xHB1/2BB1/2x‘ =xHxlatex {x\mathop{{}}\nolimits^{{H}}Bx\text{ }=\text{ }x\text{‘}\mathop{{}}\nolimits^{{H}}{ \left( {B\mathop{{}}\nolimits^{{-{{1}/{2}}}}} \right) }\mathop{{}}\nolimits^{{H}}BB\mathop{{}}\nolimits^{{-{{1}/{2}}}}x\text{‘}\text{ }=\text{ }x\text{‘}\mathop{{}}\nolimits^{{H}}B\mathop{{}}\nolimits^{{-{{1}/{2}}}}BB\mathop{{}}\nolimits^{{-{{1}/{2}}}}x\text{‘}\text{ }={x\text{‘}\mathop{{}}\nolimits^{{H}}x\text{‘}}}latexxHBx=xH(B1/2)HBB1/2x=xHB1/2BB1/2x=xHx

分子则转化为:

latexxHAx=xHB1/2AB1/2xlatex {x\mathop{{}}\nolimits^{{H}}Ax\text{ }=\text{ }x\text{‘}\mathop{{}}\nolimits^{{H}}B\mathop{{}}\nolimits^{{-{{1}/{2}}}}AB\mathop{{}}\nolimits^{{-1/2}}x\text{‘}}latexxHAx=xHB1/2AB1/2x

此时 R(A,B,x) 转化为 ​R(A,B,x′) :

latexR(A,B,x)=xHB1/2AB1/2xxHxlatex {R{ \left( {A,B,x\text{‘}} \right) }\text{ }=\text{ }\frac{{x\text{‘}\mathop{{}}\nolimits^{{H}}B\mathop{{}}\nolimits^{{-1/2}}AB\mathop{{}}\nolimits^{{-1/2}}x\text{‘}}}{{x\text{‘}\mathop{{}}\nolimits^{{H}}x\text{‘}}}}latexR(A,B,x)=xHxxHB1/2AB1/2x

从上式可以得出结论:广义瑞利熵可对矩阵进行标准化操作,其在 Fisher 线性判别分析中起到重要作用。

参考来源

【1】瑞利商与极值计算

【2】线性判别分析 LDA 原理总结

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