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信号处理中的奇异值分解

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摘要2

第一章奇异值分解的概念3

第二章奇异值分解的步骤:4

第三章信号处理中奇异值分解的应用4

第四章结语6

参考文献:7

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摘要

奇异值分解(Singularvaluedecomposition,SVD)是一种正交变换,对于任

一个行或列线性相关的矩阵,通过对其左、右分别相乘一个正交矩阵进行变换,可

以将原矩阵转化为一个对角阵,而得到的奇异值个数又反映了原矩阵中独立行(列)

矢量的个数。

奇异值分解是线性代数中一种重要的矩阵分解,在信号处理的很多领域有重要

应用。本文主要介绍的奇异分解的基本理论以及在信号处理上的应用。

关键字:奇异值分解SVD信号处理

2

正文

第一章奇异值分解的概念

奇异值分解(Singularvaluedecomposition,SVD)是一种正交变

换,对于任一个行或列线性相关的矩阵,通过对其左、右分别相乘一个

正交矩阵进行变换,可以将原矩阵转化为一个对角阵,而得到的奇异值

个数又反映了原矩阵中独立行(列)矢量的个数。

奇异值分解是线性代数中一种重要的矩阵分解,在信号处理、统计学等

领域有重要应用。

首先,设A为m*n阶矩阵,nsd特征值的非负平方根叫作A的奇

异值。记为(A)。则HA)^(1/2)。

奇异值分解:

设A为m*n阶复矩阵,则存在m阶酉阵U和n阶酉阵V,使得:

A=U*S*V’

其中S=diag(σi,σ2,……,σr),σi0(i=1,…,r),r=rank(A)。

其推论为:

设A为m*n阶实矩阵,则存在m阶正交阵U和n阶正交阵

V,

使得

A=U*S*V’

其中S=diag(σi,σ2,……,σr),σi0(i=1,…,r),

r=rank(A)。

我们可以看到奇异值分解非常有用,对于矩阵A(m*n),存在

U(m*m),V(n*n),S(m*n),满足A=U*S*V’。U和V中分别是A的奇异

3

向量,而S是A的奇异值。AA的正交单位特征向量组成U,特征值组

成SS,AA的正交单位特征向量组成V,特征值(与AA相同)组成

SS。因此,奇异值分解和特征值问题紧密联系。

其次奇异值分解提供了一些关于A的信息,例如非零奇异值的数目

(S的阶数)和A的秩相同,一旦秩r确定,那么U的前r列构成了A

的列向量空间的正交基。关于奇异值分解中当考虑的对象是实矩阵时:

S对角元的平方恰为AA特征值的说明.(对复矩阵类似可得)

第二章奇异值分解的步骤:

1、求AHA或AAH

2、求AHA或AAH的特征值及特征向量x1,x2,...xr,r个特征值

组成

3、U=(x1,x2,...xr)地

4、V1=AU1Δr-1,取V2与其正交,则V=(V1,V2)

奇异值的计算是一个难题,是一个O(N^3)的算法。在单机的情况

下当然是没问题的,matlab在一秒钟内就可以算出1000*1000的矩

阵的所有奇异值,但是当矩阵的规模增长的时候,计算的复杂度呈3次

方增长,就需要并行计算参与了。其实SVD还是可以用并行的方式去

实现的,在解大规模的矩阵的时候,一般使用

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