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Decomposizione QR di una matrice

Fattorizzi una matrice reale in Q, a colonne ortonormali, e R, triangolare superiore, con il procedimento di Gram-Schmidt: la matrice con righe 3, 1 e 0, 2 è già triangolare, quindi Q è l'identità e R coincide con essa. Fino a 20 righe e 20 colonne. Gratis nel suo browser.

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Questo calcolatore di decomposizione QR fattorizza una matrice reale A in un fattore ortonormale Q e un fattore triangolare superiore R, così che A è uguale a Q per R, applicando il processo di Gram-Schmidt alle colonne di A. Quando una colonna è combinazione lineare di quelle precedenti, il residuo dopo l'ortogonalizzazione collassa e la richiesta viene rifiutata per input non valido, invece di inventare un sostituto rivelatore di rango o un percorso Householder. L'aritmetica è del tutto deterministica: prodotti interni, norme euclidee e aggiornamenti di colonna usano solo operazioni finite in virgola mobile, senza chiamate di rete, senza campionamento e senza scorciatoie legate alla data.

Che cosa significa la decomposizione QR e che cosa contiene la risposta

La fattorizzazione QR di una matrice reale A con m righe e n colonne, dove m è almeno n, scrive A come il prodotto di una matrice Q di m per n le cui colonne sono ortonormali e di una matrice R triangolare superiore di n per n. Ortonormale significa che la trasposta di Q per Q è uguale all'identità di ordine n: ogni colonna ha lunghezza euclidea uno e colonne distinte sono a due a due ortogonali.

L'esistenza di questa fattorizzazione sottile con diagonale strettamente positiva su R equivale a che le colonne di A siano linearmente indipendenti. Se una colonna successiva giace nello span di quelle precedenti, Gram-Schmidt produce un residuo la cui norma euclidea è zero e non si può formare una colonna unitaria ben definita. Questo calcolatore applica il processo di Gram-Schmidt, modificato per la stabilità numerica, alle colonne che Lei fornisce, registra i prodotti interni successivi in R e normalizza ogni residuo per ottenere Q.

Dove la fattorizzazione QR si inserisce nello studio, nella scienza e nel software

Gli studenti incontrano la decomposizione QR quando un corso di algebra lineare passa dall'ortogonalizzazione di Gram-Schmidt ai minimi quadrati, quando un problema di gara chiede Q e R di una piccola matrice intera, o quando verificano che la trasposta di Q per Q è l'identità prima di fidarsi di un calcolo a mano.

I docenti possono preparare in anticipo le chiavi di risposta per m e n modesti senza affidarsi ad applicazioni di calcolatrice opache che passano in silenzio a riflettori Householder, invertono i segni di colonna o scartano una colonna dipendente senza dirlo. Gli sviluppatori chiamano lo stesso contratto da script per seminare vettori di prova deterministici per i risolutori, per ortonormalizzare colonne di base inserite dall'utente prima di una dimostrazione di proiezione, o per soddisfare enunciati di sfide di programmazione che esigono la coppia QR di Gram-Schmidt piuttosto che uno schizzo.

La pratica ingegneristica e dei dati ha spesso bisogno di una fattorizzazione rapida e non in linea di un piccolo sistema a rango pieno, così che un residuo ai minimi quadrati o un cambio di base possa essere verificato senza un pacchetto completo di algebra computazionale sotto pressione di tempo. Gli strumenti di prodotto e di didattica usano la fattorizzazione quando un allievo digita una matrice e l'interfaccia deve mostrare Q accanto a R con il metodo indicato.

Mantenga m e n modesti e i coefficienti entro magnitudini abituali di virgola mobile così che la cancellazione non domini; per gli interi di aula e le scale ingegneristiche tipiche i fattori sono esatti entro la precisione doppia.

Compiti e verifiche di Gram-Schmidt

Fattorizzi matrici da manuale in Q e R e verifichi che Q abbia colonne ortonormali e che A sia uguale a Q per R prima di esami o lezioni sui minimi quadrati.

Risolutori e software di tutoraggio

Ortonormalizzi colonne di base inserite dall'utente in una coppia QR sottile per dimostrazioni di proiezione, ausili ai minimi quadrati e lezioni interattive di algebra lineare.

Quanto costa il calcolatore di decomposizione QR?

È gratuito nel Suo browser in questa pagina.

Come vengono calcolati Q e R?

Con Gram-Schmidt modificato sulle colonne di A. Ogni colonna viene ortogonalizzata contro le colonne unitarie già accettate; la lunghezza del residuo diventa una voce diagonale positiva di R e il residuo viene scalato a lunghezza unitaria per formare la colonna successiva di Q.

Che cosa succede se le colonne sono linearmente dipendenti?

Un residuo di lunghezza quasi nulla significa che una colonna successiva giace nello span di quelle precedenti, quindi una QR sottile con diagonale strettamente positiva non esiste. Questo strumento non scarta colonne né restituisce un sostituto rivelatore di rango.

Funziona per matrici rettangolari?

Sì, quando la matrice è alta o quadrata (almeno tante righe quante colonne) e le colonne sono linearmente indipendenti. Una matrice larga, con più colonne che righe, viene rifiutata perché quelle colonne non possono essere indipendenti.

Perché i risultati vengono arrotondati a una precisione?

La precisione predefinita è 10 cifre decimali; può impostare precision da 0 a 15.

Tutto quello che vedi in questa pagina è disponibile anche via API. Questa sezione è per i team che vogliono integrarlo nei propri sistemi; chi non ne ha bisogno può semplicemente usare lo strumento qui sopra.

POSThttps://api.kit.forhosting.com/math/qr-decomposition

Autenticazione con Bearer token: un POST mette in coda l'attività e il risultato arriva via webhook o link firmato.

curl -X POST https://api.kit.forhosting.com/math/qr-decomposition \
  -H "Authorization: Bearer $KIT_KEY" \
  -H "Content-Type: application/json" \
  -d '{"matrix":[[1,1],[1,0],[0,1]]}'
{
  "matrix": [
    [
      1,
      1
    ],
    [
      1,
      0
    ],
    [
      0,
      1
    ]
  ]
}
{
  "task_id": "tsk_a1b2c3d4e5f6a1b2c3d4e5f6",
  "type": "math.qr_decomposition",
  "status": "queued",
  "_links": {
    "result": "/tasks/tsk_…/result"
  }
}

L'API è asincrona: ricevi subito un task_id e puoi fare polling fino a 1 richiesta al secondo.

per richiesta$0.002

Prezzo pubblicato, senza token né crediti. Se l'attività fallisce, non paghi.

max_rows20
max_cols20
max_abs_entry1000000000000000
HTTPCodiceSignificato
401unauthorizedChiave API mancante o non valida: controlla l'header Authorization.
402insufficient_balanceCredito esaurito: ricarica per continuare a eseguire attività.
404unknown_typeTipo di attività sconosciuto: controlla il campo type della richiesta.
429rate_limitedTroppe richieste in poco tempo: rallenta e riprova tra qualche secondo.

Quando le colonne sono linearmente indipendenti, il motore restituisce entrambe le matrici, il numero di righe e di colonne, l'etichetta del metodo e la precisione di arrotondamento usata per un contratto JSON stabile.

Che cosa significa la decomposizione QR e che cosa contiene la risposta

La risposta restituisce Q e R arrotondate alla precisione richiesta, un eco della matrice di ingresso, le dimensioni, l'etichetta di metodo gram_schmidt, la precisione usata e un breve promemoria della formula. Non esiste un percorso di riflettori Householder, né di rotazioni di Givens, né un ripiego rivelatore di rango: il motore termina con una fattorizzazione a rango di colonna pieno entro i limiti documentati di dimensione e magnitudine, oppure rifiuta l'ingresso con invalid_input. I casi rifiutati includono una matrice assente, righe che non sono array, forme irregolari, più colonne che righe, ingressi non finiti, magnitudini sopra il tetto e qualsiasi matrice le cui colonne siano linearmente dipendenti. Se ha bisogno di un'inversa, di un determinante, di un conteggio di rango o della soluzione di A x uguale a b, usi uno strumento dedicato a quella domanda; questa pagina risponde solo alla coppia QR, con un'uscita numerica stabile adatta a fogli di esercizi, test unitari e consumatori dell'API che non devono inventare una fattorizzazione sostitutiva.

Come viene letta la matrice e come Q e R restano riproducibili

Segni più iniziali facoltativi e notazione scientifica sulle stringhe delle voci sono ammessi quando si interpretano come decimali finiti; spazi incorporati, prefissi esadecimali e token non numerici vengono rifiutati con un messaggio chiaro, così che una cella errata non diventi un fattore sbagliato. La forma deve essere alta o quadrata: m righe per n colonne con m almeno n, perché più colonne che righe non possono essere linearmente indipendenti. Il calcolo usa Gram-Schmidt modificato: ogni colonna di lavoro viene ortogonalizzata contro le colonne unitarie già accettate, la lunghezza del residuo diventa la successiva voce diagonale positiva di R e il residuo viene scalato a lunghezza unitaria. Il campo preferito è matrix, un array nidificato di righe di numeri finiti con lo stesso conteggio di colonne in ogni riga, ma si accettano gli alias a, A e mat così che fogli di calcolo, stringhe di interrogazione e moduli tipizzati riutilizzino lo stesso contratto. Un campo facoltativo precision, con gli alias decimals e dp, sceglie quante cifre decimali esporre per ogni voce di Q e di R, con predefinito dieci e tetto quindici così che i goldens JSON restino stabili. Un residuo la cui lunghezza cade sotto una tolleranza assoluta e relativa stretta è trattato come dipendenza lineare e fallisce con invalid_input. Abbini l'esecuzione gratuita nel browser di questa pagina all'API a pagamento quando ha bisogno dello stesso risultato matematico dentro una pipeline automatizzata, senza reimplementare Gram-Schmidt da sé.

Dove la fattorizzazione QR si inserisce nello studio, nella scienza e nel software

In questa pagina il lavoro viene eseguito interamente nel Suo browser; tramite l'API ogni consultazione riuscita costa $0.002, la convalida fallita non viene addebitata e nulla viene memorizzato dopo che la risposta è restituita. Quella separazione — esplorazione interattiva gratuita e API a pagamento identica — corrisponde al resto del catalogo di livello A e Le consente di passare da una dimostrazione in aula a una pipeline automatizzata senza cambiare il risultato matematico.

Fixture di prova deterministiche

Generi valori riproducibili di Q e R per test unitari, controlli di proprietà e asserzioni di integrazione continua che non devono dipendere da una libreria numerica locale.

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