Householder 矩阵的潜藏功能在于一旦选择了适当的超平面法向量 ,镜射向量 将指向标准基底向量 ,也就是说,除了第一个元外, 的每个元皆为 。详细的算法见注解[1],下面给出一个简约版本。设

到目前为止,读者或许还看不出来这其实是 Householder 矩阵最具实用价值的性质。

Householder 变换在数值线性代数有两个主要应用:执行 QR 分解与计算特征值的 QR 迭代法的第一个步骤。详细的过程将另文说明,在此我们先研究 Householder 变换的基本应用技巧:将对称矩阵 予以三对角化 (tridiagonalization),目的是尽可能产生零元:

我们的想法是对 执行相似变换 ,变换矩阵 保有与 相同的特征值。同时限制 是正交矩阵,这么做的好处是逆矩阵可以立刻求得 ,而且 的一些重要性质也被保留下来,譬如,当 是对称矩阵时, 也是对称矩阵:

使用前述镜射性质,我们设计下面的主对角分块正交矩阵:

其中 是一 阶 Householder 矩阵。使用相同方法,亦可推得 。两个 Householder 矩阵的差异在于目标向量的方向相反。

准确地说, 前面使用加号还是减号,会决定 本身的正负性,即:

理由是在构造 的过程中,避免同符号的数相减引起有效位数损失,导致 不能定义或计算结果不精确。对于情形1, 的分母 ,容易验证, ,同理可证情形2。

最后需要注意的是,若 ,可以取 为1或-1。

谢谢你的补充解说,非常的精确。我将它贴到上文的附注里。

能否请教一个问题: 为何在n维空间里取一个平面,则此平面是n-1维的?(直观上看确实如此,但是如何用数学语言叙述?)

确实我们无法想像 的情况,所以还是由 取得几何解释。在 中穿越原点的一直线 构成一子空间, ,与此直线垂直的所有向量构成一穿越原点的平面 。接下来,将 3 换成 ,将平面换成超平面即可。

他所对应的对称,那个超平面必定要通过原点?

如果是矩阵表达的反射,必定通过原点,但仿射变换则否。请查阅相关文章。

请问在三对角化的过程中,3阶householder矩阵H1必须由A的第一行的后三元生成?

请问在三对角化的过程中,为什么H1必须由A的第一行的后三元生成?