线性代数笔记12

2019-01-23  本文已影响7人  大飞哥

第十二节

应用:图x网络//incidence matices 关联矩阵//基尔霍夫定律

Graph=\{nodes ,edges\}

image.png

上图,则n=4 nodes,m=5 edges
上图可以是一个电流的网络

通过构造一个矩阵来解析这个图的含义,就称为关联矩阵(电路知识,基尔霍夫定律什么的,这个应该熟的,就当稍微回顾下)
每一行相当于一条边,每一列,相当于一个节点,这条边从这个点流出,则这个点取-1,反之1.
所以第一行可以为[-1 1 0 0]。得到矩阵A
Ax=\begin{bmatrix} -1 &1 &0 &0 \\ 0 &-1 &1 &0 \\ -1 &0 & 1 & 0\\ -1 &0 & 0& 1\\ 0 & 0 & -1&1 \end{bmatrix}\begin{bmatrix} x_1\\ x_2\\ x_3\\ x_4 \end{bmatrix}= \begin{bmatrix} x_2-x_1\\ x_3-x_2\\ x_3-x_1\\ x_4-x_1\\ x_4-x_3 \end{bmatrix} =\begin{bmatrix} 0\\ 0\\ 0\\ 0\\ 0 \end{bmatrix}

x为节点电势,则矩阵A乘以各点电势,得到各边上的电势差

零空间x=c\begin{bmatrix} 1\\ 1\\ 1\\ 1\\ 1 \end{bmatrix}

只有这一个,所以dim(N(A))=1,r=3

再来看方程A的转置乘以y
dim(N(A^T))=m-r=5-3=2
y就是边,设为电流

A^Ty=0就是基尔霍夫电流定律(kirchoff'
s current law)从一个点流出的所有电流和为0

可解出N(A^T)的零空间的基:
\begin{bmatrix} 1\\ 1\\ -1\\ 0\\ 0 \end{bmatrix},\begin{bmatrix} 0\\ 0\\ 1\\ -1\\ 1 \end{bmatrix}

找到A^T的主元,1,2,4列,对应的是边1,2,4.没有回路(loop),这就是树(tree)

没有回路的图(称为树),说明各行线性无关。

# 表示数量
dim(N(A^T))=m-r

\#loops=\#edges-(\#nodes-1)\\ \#nodes-\#edges+\#loops=1
第二个公式就是欧拉公式

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